DE102007009825B4 - Use of a device for optically examining the surface of an object - Google Patents
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Abstract
Verwendung einer Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberfläche (3, 14, 16, 18, 20, 36) eines Objekts mit mehreren Laserlichtquellen (1, 7, 8, 9; L1, L2, L3, L4; L5, L6, L7; L9, L10; L11, L21, L12, L22) und mit einer Kamera (11), dadurch gekennzeichnet, daß, abgestimmt auf die Oberfläche des Objekts, eine erste Gruppe von Laserlichtquellen (L2, L3; L9; L11, L12) eingeschaltet ist, wenn eine zweite Gruppe von Laserlichtquellen (L1, L2, L3, L4; L10; L21, L22) abgeschaltet ist, und die zweite Gruppe von Laserlichtquellen (L1, L2, L3, L4; L10; L21, L22) eingeschaltet ist, wenn die erste Gruppe von Laserlichtquellen (L2, L3; L9; L11, L12) abgeschaltet ist.Use of a device for optically testing the surface (3, 14, 16, 18, 20, 36) of an object with a plurality of laser light sources (1, 7, 8, 9; L1, L2, L3, L4; L5, L6, L7; L9 , L10, L11, L21, L12, L22) and with a camera (11), characterized in that, tuned to the surface of the object, a first group of laser light sources (L2, L3; L9; L11, L12) is turned on, when a second group of laser light sources (L1, L2, L3, L4, L10, L21, L22) is turned off, and the second group of laser light sources (L1, L2, L3, L4, L10, L21, L22) is turned on when the second group of laser light sources first group of laser light sources (L2, L3, L9, L11, L12) is switched off.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberfläche eines Objekts mit mehreren Laserlichtquellen und mit einer Kamera.The invention relates to a use of a device for optically testing the surface of an object with a plurality of laser light sources and with a camera.
Bei dem Objekt kann es sich insbesondere um einen Reifen oder um eine Leichtbaustruktur handeln. Es können allerdings auch die Oberflächen anderer Objekte geprüft werden. Die Laserlichtquellen werden vorzugsweise von Laserdioden gebildet. Unter Laserlichtquellen im Sinne der Erfindung sollen allerdings alle Arten von Lichtquellen für kohärente Strahlung, insbesondere für kohärentes Licht, verstanden werden. Die Laserlichtquellen beleuchten die Oberfläche des Objekts. Die Kamera ist auf die von den Laserlichtquellen bestrahlte Oberfläche des Objekts gerichtet.The object may in particular be a tire or a lightweight structure. However, the surfaces of other objects can also be checked. The laser light sources are preferably formed by laser diodes. For the purposes of the invention, however, laser light sources are to be understood as meaning all types of light sources for coherent radiation, in particular for coherent light. The laser light sources illuminate the surface of the object. The camera is aimed at the surface of the object irradiated by the laser light sources.
In der Kamera kann ein flächenhafter Detektor, insbesondere ein CCD-Sensor, vorhanden sein. Die Prüfung erfolgt insbesondere durch ein Shearografie-Verfahren oder ein Holographie-Verfahren, welches mit CCD-Sensoren oder anderen Sensoren als Detektoren durchgeführt wird. Die Prüfung kann mit oder ohne Phasenbildauswertung durch einen zeitlichen oder räumlichen Phasenshift durchgeführt werden. Dabei können jeweils eine Aufnahme oder mehrere Aufnahmen, aus denen ein Mittelwert gebildet werden kann, für einen oder mehrere unterschiedliche Verformungszustände des Objekts gemacht werden. Die verschiedenen Verformungszustände des Objekts können insbesondere dadurch erzeugt werden, daß das Objekt einer unterschiedlichen Belastung ausgesetzt wird. Ein Reifen kann in einer Druckkammer einem Überdruck oder einem Unterdruck ausgesetzt werden.In the camera, a planar detector, in particular a CCD sensor, may be present. The test is carried out in particular by a shearography method or a holography method, which is carried out with CCD sensors or other sensors as detectors. The test can be carried out with or without phase image evaluation by a temporal or spatial phase shift. In this case, in each case one or more recordings, from which an average value can be formed, can be made for one or more different states of deformation of the object. In particular, the various states of deformation of the object can be generated by subjecting the object to a different load. A tire can be exposed in a pressure chamber to a positive pressure or a negative pressure.
Insbesondere kann der Reifen, der vorzugsweise nicht auf einer Felge montiert ist, einem jeweils verschiedenen Unterdruck ausgesetzt werden. Auf Leichtbaustrukturen oder sonstige Bauteile können, außer einem unterschiedlichen Druck oder Unterdruck, auch andere Arten der Belastung ausgeübt werden, insbesondere thermische Belastungen.In particular, the tire, which is preferably not mounted on a rim, can be exposed to a respective different negative pressure. On lightweight structures or other components, in addition to a different pressure or negative pressure, other types of stress can be exercised, in particular thermal loads.
Bei einem ersten Belastungszustand bzw. Verformungszustand, bei dem es sich auch um den ursprünglichen Zustand des Objekts handeln kann, kann eine erste Aufnahme oder eine erste Serie von Aufnahmen gemacht werden. Bei einem zweiten und möglicherweise noch weiteren Belastungszuständen des Objekts kann eine zweite Aufnahme oder eine zweite Serie von Aufnahmen gemacht werden. Aus den Aufnahmen können Phasenbilder erzeugt werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Differenzen der Bilder bzw. Phasenbilder gebildet werden. Aus den unterschiedlichen Zustandsbildern oder Phasenbildern, die jeweils verschiedene Verformungszustände repräsentieren, kann eine Differenzverformung und/oder ihr Gradient berechnet werden.In a first load state or deformation state, which may also be the original state of the object, a first shot or a first series of shots may be taken. In a second and possibly further loading states of the object, a second shot or a second series of shots may be taken. From the recordings phase images can be generated. It is advantageous if the differences of the images or phase images are formed. From the different state images or phase images, which respectively represent different states of deformation, a difference deformation and / or its gradient can be calculated.
Die Laserlichtquellen und die Kamera und möglicherweise auch noch eine Abbildungsoptik können als eine Einheit, die einen Meßkopf bildet, aufgebaut sein. Der Meßkopf kann beweglich, insbesondere längs einer oder mehrerer Achsen verfahrbar und/oder um eine oder mehrere Achsen verschwenkbar sein.The laser light sources and the camera and possibly also an imaging optics may be constructed as a unit forming a measuring head. The measuring head can be moved, in particular movable along one or more axes and / or pivotable about one or more axes.
Vorrichtungen zur optischen Prüfung der Oberfläche eines Objekts der eingangs angegebenen Art sind aus der
Für die optische Werkstoffprüfung wird in vielen Fällen eine möglichst vollständige und gleichmäßige Beleuchtung einer zu untersuchenden Oberfläche benötigt. In
ist die Beleuchtung einer ebenen Oberfläche durch eine Laserlichtquelle schematisch dargestellt. Das Licht aus einer einzelnen Laserlichtquelle
the illumination of a flat surface by a laser light source is shown schematically. The light from a single
Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der ebenen Oberfläche
dargestellt, in Strahlrichtung hinter der Standardoptik
shown, in the beam direction behind the standard optics
In
ist eine abweichende Ausführungsform dargestellt, bei der eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der ebenen Oberfläche
is shown a different embodiment, in the most uniform illumination of the
Wie aus
Aus der
Die bisher bekannten Verfahren haben allerdings den Nachteil, daß die jeweilige Beleuchtung der Oberfläche des Objekts auf spezielle Aufnahmesituationen zugeschnitten ist.However, the previously known methods have the disadvantage that the respective illumination of the surface of the object is tailored to special recording situations.
So ist beispielsweise eine Anordnung gemäß
mit zwei Laserlichtquellen
with two
Bei Reifenprüfgeräten wird im allgemeinen die Lauffläche eines Reifens von innen und/oder von außen geprüft, was in einem Fall eine konkave Oberfläche und im anderen Fall eine konvexe Oberfläche bedeutet. Bei konvexen Oberflächen ist die Beleuchtung der Bildränder besonders schwierig. Darüber hinaus kann der Reifen auch noch an seiner oft stark gewölbten und oftmals glänzenden Seitenwand geprüft werden, was wieder andere Anforderungen an die Beleuchtung stellt.In tire testers, in general, the tread of a tire is tested from inside and / or outside, which in one case means a concave surface and in the other case a convex surface. For convex surfaces, the illumination of the edges of the image is particularly difficult. In addition, the tire can also be checked on its often strongly curved and often shiny side wall, which again sets different lighting requirements.
In
ist eine Anordnung dargestellt, die auf die Prüfung der inneren Lauffläche eines Reifens optimal ausgerichtet ist. Links und rechts von der Kamera
an arrangement is shown, which is optimally aligned to the examination of the inner tread of a tire. Left and right of the
Wenn mit der Anordnung der
dargestellt, wird auf der äußeren Oberfläche
is shown on the
Wenn mit der Anordnung gemäß
gezeigt, entsteht der ebenfalls stark ungleichmäßige Intensitätsverlauf
shown, there is also the strong
In
ist die Oberfläche
is the surface
Wenn bei den ungleichmäßigen Intensitätsverteilungen
Aus der
Aus der
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Verwendung einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen.The object of the invention is to provide an improved use of a device of the type specified.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei der Vorrichtung ist eine erste Gruppe von Laserlichtquellen einschaltbar und eine zweite Gruppe von Laserlichtquellen einschaltbar. Es ist möglich, daß auch noch eine oder mehrere weitere Gruppen von Laserlichtquellen einschaltbar sind. Die andere oder die anderen Gruppen von Laserlichtquellen werden abgeschaltet, wenn eine Gruppe von Laserlichtquellen eingeschaltet ist. Eine Gruppe im Sinne der Erfindung kann aus einer beliebigen Anzahl von Laserlichtquellen bestehen. Sie kann auch von einer einzigen Laserlichtquelle gebildet werden. Ferner ist es möglich, daß eine oder mehrere Laserlichtquellen, die einer Gruppe angehören, auch einer oder mehreren oder allen anderen Gruppen angehören.According to the invention, this object is solved by the features of
Die Einschaltbarkeit und/oder Abschaltbarkeit der Laserlichtquellen einer Gruppe ist auf die Oberfläche des Objekts abgestimmt. Insbesondere ist es möglich, verschiedene Gruppen von Laserlichtquellen in Abhängigkeit vom Abstand der zu prüfenden Oberfläche und/oder von den Reflexionseigenschaften der Oberfläche und/oder von der Kontur der Oberfläche einzuschalten und/oder abzuschalten.The turn-on and / or turn-off of the laser light sources of a group is tuned to the surface of the object. In particular, it is possible to switch on and / or switch off different groups of laser light sources depending on the distance of the surface to be tested and / or on the reflection properties of the surface and / or on the contour of the surface.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous developments are described in the subclaims.
Eine oder mehrere oder alle Laserlichtquellen können verstellbar sein. Insbesondere können die Laserlichtquelle oder die Laserlichtquellen verschwenkbar sein. Hierdurch kann eine weitere Anpassung an die Oberfläche des Objekts erfolgen, insbesondere an den Abstand der zu prüfenden Oberfläche und/oder die Reflexionseigenschaften der Oberfläche und/oder die Kontur der Oberfläche. Einer oder mehreren oder allen Laserlichtquellen, die mehr als einer Gruppe angehören, kann jeweils eine bestimmte Stellung, insbesondere Schwenkstellung, für jede Gruppenzugehörigkeit zugeordnet sein.One or more or all of the laser light sources may be adjustable. In particular, the laser light source or the laser light sources can be pivotable. In this way, a further adaptation to the surface of the object can take place, in particular to the distance of the surface to be tested and / or the reflection properties of the surface and / or the contour of the surface. One or more or all laser light sources, which belong to more than one group, can each be assigned a specific position, in particular pivot position, for each group membership.
Es ist möglich, daß sich die Leuchtkegel der Laserlichtquellen einer Gruppe auf der Oberfläche des Objekts überlappen. Unter einem Leuchtkegel im Sinne der Erfindung sollen dabei nicht nur Kreiskegel verstanden werden, sondern auch andere Kegelformen. Die Überlappung der Leuchtkegel einer Gruppe wird vorzugsweise derart ausgestaltet, daß eine möglichst gleichmäßige Intensitätsverteilung auf der Oberfläche erreicht wird.It is possible that the light cones of the laser light sources of a group overlap on the surface of the object. Under a light cone in the context of the invention not only circular cone should be understood, but also other conical shapes. The overlap of the light cones of a group is preferably designed such that the most uniform possible intensity distribution on the surface is achieved.
Stattdessen oder zusätzlich kann die Anordnung derart getroffen sein, daß sich die Leuchtkegel der Laserlichtquellen einer Gruppe nicht überlappen. Es ist zwar grundsätzlich möglich, daß sich die Randzonen der Leuchtkegel der Laserlichtquellen mehr oder weniger überlappen, wobei sich auch die Leuchtkegel von mehr als zwei Laserlichtquellen überlappen können. Gleichwohl hat sich gezeigt, daß in bestimmten Anwendungsfällen eine Überlappung von zwei oder mehr Leuchtkegeln auf der Oberfläche des Objekts mit Nachteilen behaftet sein kann. Gemäß der Weiterbildung der Erfindung können die Gruppen der Laserlichtquellen derart ausgestaltet sein, daß sich die Leuchtkegel der Laserlichtquellen nicht überlappen. Vorteilhaft ist es allerdings, wenn gleichwohl insgesamt die gesamte zu untersuchende Oberfläche des Objekts beleuchtet wird, wenn also die ausgeleuchteten Bereiche aller Laserlichtquellen aller Gruppen die gesamte Oberfläche ausleuchten.Instead or in addition, the arrangement may be made such that the light cones of the laser light sources of a group do not overlap. Although it is in principle possible that the edge zones of the luminous cones of the laser light sources overlap more or less, whereby the luminous cones of more than two laser light sources can overlap. However, it has been found that in certain applications, an overlap of two or more light cones on the surface of the object can be associated with disadvantages. According to the embodiment of the invention, the groups of laser light sources can be designed such that the light cones of the laser light sources do not overlap. However, it is advantageous if, in total, the entire surface of the object to be examined is illuminated, ie if the illuminated areas of all laser light sources of all groups illuminate the entire surface.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsoptik verstellbar ist. Die Beleuchtungsoptik befindet sich im allgemeinen zwischen der oder den Laserlichtquellen und der Oberfläche des Objekts. Die Verstellung der Beleuchtungsoptik kann auf den Abstand der Oberfläche, die Reflexionseigenschaften der Oberfläche und/oder die Kontur der Oberfläche abgestimmt werden.A further advantageous development is characterized in that the illumination optics is adjustable. The illumination optics are generally located between the laser light source (s) and the surface of the object. The adjustment of the illumination optics can be adjusted to the distance of the surface, the reflection properties of the surface and / or the contour of the surface.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere Laserlichtquellen vorhanden. Es ist möglich, daß für eine oder mehrere oder alle Laserlichtquellen eine verstellbare Beleuchtungsoptik vorhanden ist.According to an advantageous development, a plurality of laser light sources are present. It is possible that an adjustable illumination optics is available for one or more or all laser light sources.
Die Verstellung der Beleuchtungsoptik kann durch eine Verschiebung und/oder eine Verschwenkung der Beleuchtungsoptik und/oder der Laserlichtquelle erzeugt werden.The adjustment of the illumination optics can be generated by a displacement and / or a pivoting of the illumination optics and / or the laser light source.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Beleuchtungsoptik und eine zweite Beleuchtungsoptik vorgesehen sind. Es ist ferner möglich, daß eine oder mehrere weitere Beleuchtungsoptiken vorgesehen sind.A further advantageous development is characterized in that a first illumination optics and a second illumination optics are provided. It is also possible that one or more further illumination optics are provided.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Beleuchtungsoptik und die zweite Beleuchtungsoptik und gegebenenfalls weitere Beleuchtungsoptiken jeweils in Position bringbar sind. In diesem Fall wird die Verstellbarkeit der Beleuchtungsoptik dadurch erreicht, daß zunächst eine erste Beleuchtungsoptik in Position gebracht wird und daß, abgestimmt auf den Abstand, die Reflexionseigenschaften und/oder die Kontur der Oberfläche, bei Bedarf eine zweite Beleuchtungsoptik und/oder eine oder mehrere weitere Beleuchtungsoptiken in Position gebracht werden.It is advantageous if the first illumination optics and the second illumination optics and optionally further illumination optics can each be brought into position. In this case, the adjustability of the illumination optics is achieved by first bringing a first illumination optics into position and, matched to the distance, the reflection properties and / or the contour of the surface, if necessary a second illumination optics and / or one or more further Lighting optics are positioned.
Die Beleuchtungsoptiken können auf einem gemeinsamen Träger vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Träger bewegbar, insbesondere verschiebbar. Er kann in verschiedene Positionen bewegt werden. Hierdurch sind die verschiedenen Beleuchtungsoptiken schaltbar.The illumination optics can be provided on a common carrier. Preferably, the carrier is movable, in particular displaceable. He can be moved to different positions. As a result, the various illumination optics are switchable.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigtEmbodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings in detail. In the drawing shows
Die in
Bei der in
In
Wenn mit der Vorrichtung nach
Die Laserdioden L1, L2, L3, L4 sind verstellbar, nämlich verschwenkbar. Die Laserdiode
In
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine erste Beleuchtungsoptik, die von den Aufweitungsoptiken
Die erste Beleuchtungsoptik
In der linken Abbildung gemäß
Der Träger
Eine erste Gruppe von Laserdioden wird durch die Laserdiode L9 gebildet, die einen Großteil der inneren Lauffläche
Die Anordnung gemäß
Die Strahlungskegel benachbarter Laserdioden L11 und L21, L21 und L12 und L12 und L22 überlappen sich jeweils. Hierdurch wird im Endergebnis die gesamte Oberfläche
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur optischen Prüfung der Oberfläche eines Objekts geschaffen, bei der einzeln oder als Gruppe schaltbare und/oder tauschbare Laserlichtquellen vorhanden sind, die jeweils auf eine bestimmte Aufnahmesituation optimiert sind. Dabei können einzelne Laserlichtquellen in mehreren Gruppen verwendet werden.The invention provides a device for the optical examination of the surface of an object, in which individually or as a group switchable and / or exchangeable laser light sources are present, which are each optimized for a specific recording situation. In this case, individual laser light sources can be used in several groups.
Statt ganze Lichtquellen einzuschalten oder zu tauschen, oder zusätzlich zu diesen Maßnahmen, können auch Beleuchtungsoptiken gewechselt werden, also beispielsweise Laserdioden mit oder ohne Linsen oder mit unterschiedlichen Linsen oder sonstigen Optiken verwendet werden, wie in
Die Beleuchtungsoptiken können manuell oder automatisch gewechselt werden. Sie können angeschraubt. oder eingeschwenkt und/oder in Winkel und/oder Abstand zur Lichtquelle variiert werden, um eine Anpassung an die entsprechenden Gegebenheiten zu erreichen, insbesondere hinsichtlich Fokus, Vergrößerung, Abbildung und/oder Strahlrichtung. Es ist allerdings auch möglich, die Lichtquelle in Position und/oder Strahlrichtung zu modifizieren, wie in
Für jede derart angepaßte Beleuchtung kann das Verfahren nach der
Zusätzlich können auch Einzelaufnahmen oder bereits nach der
Es können auch Strahlquellen nacheinander auf unterschiedliche Objektpunkte ausgerichtet werden, um in der Kombination nach
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