专利名称：一种监测表面结构分布或空间颗粒分布的方法
技术领域：
本发明涉及一种能自动检查在表面上的结构分布或在空间中的颗粒分布的方法。当检查结果偏离规定状态后，能在处理处或在远处自动发出警告信号和/或采取校正措施。本方法适用于自动检查表面如金属或塑料表面进行净化、化学处理和/或表面涂膜的效果，在检查时可不要人的配合。本方法可应用在钢铁工业和汽车制造业检查表面的转变或表面涂层等方面。此外本发明还适用于检查颗粒在喷射射束中的空间分布。其中一方面能自动检查喷射射束的孔径角，另一方面能自动检查颗粒在喷射射束中的分布均匀性。本发明的方法也可应用于溶液、悬浮液或熔体的喷射干燥或喷射凝固，目的是获得体积-时间-收益三者的最佳状态。喷射射束服务于对表面进行尽可能均匀的涂层，而本发明的方法是用来保持涂层过程一直处在规定状态中。
在已有技术中，已知一种表面的图像用数字的形式储存在一个数据储存体中，而后从不同方面进行自动的图像分析。例如美国专利说明书US-A-4878114公开了这样一种用于判别产品表面粗糙度的以处理机为基础的光学系统。该系统包括一种照亮表面的可调节的光源、一个电视摄像机、一种将视频信号转为数字形式后存储的储存装置和一种分析数字信号的处理机，由此确定表面粗糙度的参数。作为图像分析的结果是唯一的能表示分析表面区段粗糙度特征的数字。但是该分析的结果不能说明所测定的表面是否出现和何处出现与平均粗糙度相比的特别大的偏差。
欧洲专利说明书EP-B-255177公开了这样一种在以数字形式储存的视频图像中自动识别形成对照物体的方法。对此要确定高于背景值的界限值，高于此值才可作为属于形成对照物体的图像组元。该方法适用于识别在视频图像中的图案。如果这些畸变不说明与之有关的物体时，这种方法就不适合分析另一张类似的同一形状的视频图像中畸变的出现和畸变在空间中的分布。
欧洲专利说明书E-B-428751公开了一种判别纸张质量的测量方法。该方法是判别纸张的光线穿透性并涉及有关纸张的结构，包括用相机记录一个光源穿透纸张区域的光线形成的图像，其目的是为了将穿透光线的图像转为在图像加工的计算机中的指示单位，也就是将穿透光线形成的图像划分为事先规定大小和数量的孔洞，其特征是计算强度的平均值和从每个孔洞中每个像素的强度计算每个孔洞的强度的一次方差的平均值，计算所有孔洞一次方差的平均值，计算所有孔洞的一次方差的二次方差和应用对所有孔洞的二次方差作为结构系数。该方法可以提供唯一的一种能描述穿透光线均匀性的和纸张结构均匀性的特性参数，但该方法不能辨别各个缺陷和它们在纸面上的位置。
欧洲专利说明书EP-B-159880公开了一种判别印在一个物体上的图案(如字母)的致密度和均匀性的装置。该装置的特征是通过每个图像像素的致密度扫描，计算图案各个区段的致密度分布；检查每个区段的致密度分布和检查符合原定函数的密度分布，并归一化处理这些区段密度分布，即将每个致密度分布除以在该区段中的总致密度值；在致密度分布基础上对图案的致密度和均匀度进行量化处理，这些致密度分布根据经过测量和归一化方法得到，其中定义均匀度作为在图案内部经归一化的致密度变化的程度。该方法不能识别在图案中是否出现局部缺陷及缺陷的位置。
在大量的工业过程中，产品的质量标志是在这些过程后的产品应有一尽可能均匀的表面或在过程中用颗粒填充的空间体积应尽可能均匀，例如金属或塑料表面的净化处理和/或亲水性处理。作为这些加工步骤的结果应该在表面上覆盖有尽可能均匀的水膜。如在表面图像上形成了破坏均匀性的水滴时，这意味着这是一个有缺陷的净化或亲水性处理。
还有一些加工过程，如磷化处理，它的目的是为了防止金属腐蚀，进行一种金属表面的化学转变处理。如加工过程出现故障，就会在表面的均匀涂层上产生可察觉的缺陷点。在一个表面的图像上，通过亮度与表面平均亮度的偏差就可指出缺陷点。这也适用于防腐蚀的涂层如漆层。如在均匀的涂层中出现可见的缺陷点如气泡或凹坑，这样该处的亮度值与表面平均亮度值相比就有严重的偏差。
在另一些加工过程中，由一个或多个喷嘴在空间喷射液滴或固体颗粒，其中重要的是确定在喷嘴旁的喷射射束的孔径角和研究在喷射射束中颗粒的均匀空间分布。如果个别被堵塞的喷嘴前的空间中颗粒的密度比正常工作的喷嘴前的颗粒密度低时，由此就指示出该喷嘴已被堵塞。如果喷射的目的是通过喷射干燥或喷射固化获得产品，堵塞的喷嘴就会导致较小的体积-时间-收益。如果喷射服务于将颗粒尽可能均匀地喷涂在表面上，堵塞喷嘴也会导致不均匀的表面涂层。在喷射液滴或固体颗粒进行表面涂层时，喷射射束是否具有一指定的孔径角，会对涂层过程的经济性和涂层的质量有影响。
在表面处理过程中，表面均匀性或在喷射射束中颗粒的均匀分布或射束的孔径角通常可通过表面目测或对喷射射束进行直接目测判别或通过摄影照片来判别，这些操作均要求有人的参与。如果没有足够的劳动力时，就不能进行连续的目测检查。通常这只能在一定的时间进行检查，这样在二次检查时间之间，就有可能生产有缺陷的产品。
本发明的目的是提供一种自动地、连续地监测加工过程或生产过程的方法。其中，以均匀的表面外观或以颗粒的均匀空间分布作为本监测方法监控结果的质量目标，并能在出现缺陷时发出警告信号和/或分析缺陷的产生原因和尽可能消除这些生成缺陷的原因。
为实现上述目的，本发明提供一种检查表面结构分布和颗粒在空间分布的方法，其特征在于a)用光学方法或电子方法制作至少一张二维的分布图像，将图像分解成像素并将每个像素的亮度值用数字形式存储在一个大型数据存储器中；b)将图像或该图像的一个区段按规定数量分成以行排列的图像组元，其中每个图像组元至少包括四个像素；c)通过图像组元的各个像素亮度的平均值测定每个图像组元的平均亮度值；d)沿着规定的第1行图像组元测定毗领图像组元的平均亮度值之间的差异，该差异值记录在可机读的数据存储器上和/或输出图表在图中获得所属的图像组元的位置与差异值的空间相关关系，并且在需要时进行下述步骤；e)将其它行列的图像组元按事先规定的数量重复d)的步骤，这些行列大体上均平行于规定的第1行列。
在a)步骤中“至少制作一张二维图像”的含义是要记录一张分布图像或多张分布图像。判别基本平的表面分布通常一张图像已经足够。为了判别空间分布或一个严重弯曲的平面上的分布，记录二张或多张图像是有利的。它们相互按规定的角度组成图像平面，由此可以从不同的视向判别平面或空间分布。优选使用视频摄像机制作图像。通过调整视频摄像机的焦距和/或相机与待判别物体的距离可以调整图像区段。如果要判别物体的很小图像区段，如检查金属表面转化处理，这时可以要求在视频摄像机上装有显微镜装置。当然该方法的前提是，要描绘的表面或要摄像的空间区域有足够好的照明，如为了摄像或以数字形式存储图像信息的装置可以使用类似美国专利说明书US-A-4878114中所公开的装置。
在b)步骤中，可以将图像或规定的图像区段按事先选定的数量分解成成行排列的图像组元。最大的图像组元数量由所应用的摄像机的分辨率决定。在下文中将由分辨率决定的最小可能的标志为像素，它有一个亮度值(灰度值)。图像可以被分解成很多的图像组元，其中它有多个像素。在根据本发明的方法中优选包括二个或多个像素的图像组元。先求各个像素的亮度值之和，再除以像素数，这样可得到每个图像组元的平均亮度值(灰度值)。通过对一个图像组元的两个或多个像素的平均值计算处理，可以减少背景本底影响。优选一个图像组元包括至少4个像素，优选成对排列。根据不同的问题，图像组元可以包括更多的像素。
为了在下一个d)步骤中获得一个有意义的结论，要求每排图像组元含有至少二个图像组元。而选择每排含有较多的图像组元是有利的，如在区域中有约10至约200个的图像组元，更优选每排含有约15至约100个图像组元。实施根据本发明的方法时，原则上分析唯一一排的图像组元已经足够。如果将图像或图像区段分解成两个或多个行列，由于把更大的表面区段或空间区域的情况包括在内进行分析，这样可得到可靠的结论。将图像或图像区段分解成图像组元的行列数与每行含有的图像组元数相同是有利的。这就是说将图像或图像区段分解成约10至约200行，更优选分解成约15行至约100行。
选择的图像组元愈大，即每一个图像组元包括更多的像素，背景杂色被平衡得愈好。但是要避免选择的图像组元大于期待的缺陷点的大小。如图像组元大于缺陷点时，就有识别不出这种缺陷点的危险。图像组元的数量和大小与所记录图像的表面和空间区段均有关联。一般描绘一个面积或空间区段的边长在约1mm和约5m之间是有利的。通过摄像机与物体有一相应的间距、物镜的焦距和必要时通过装置显微镜，可以调节当时的图像区段。如果使用这种方法判别如化学表面处理的结果，在10×10cm区域大小记录与描绘表面和区段是有意义的。如判别在表面上的涂层或喷射射束的均匀性，在30×30cm区域内的图像区段特别适宜。
在c)步骤中，将图像组元各个像素的亮度值求和，然后除以像素数得到每个图像组元的平均亮度值(灰度值)。由此减小背景杂色影响。如果达不到此要求时，可以在求平均值前后，应用计算过滤过程，如高斯过滤器或傅立叶过滤器。例如可以应用最初引用的欧洲专利说明书EP-B-255177中公开的高斯过滤器。在根据本发明方法的范围中，只有在例外情况下，要求使用这种过滤处理。
在d)步骤中产生实际的用于判别均匀性或识别不均匀的标准。此外从d)步骤的结果中可以测定喷射射束的孔径角，这在以后将详细叙述。根据本发明方法记下或输出毗邻图像组元亮度值之间的差异值，它能识别在描绘的平面上或空间区段中，何处出现大的毗邻图像组元亮度值的差异值。特别高的毗邻图像组元亮度值的差异值表明在均匀性方面出现了畸变。对点状缺陷，如在漆层上出现气泡或凹坑或在磷化结晶层上出现白点(透明的凹坑状缺陷处)，它可识别这些缺陷的位置、数量空间分布。如果在有缺陷面边缘的每排图像组元上出现毗邻组元亮度值特别大的差异，就可判别该处出现线状缺陷或面积缺陷如在涂层面的未涂处或出现其它型式的涂层处。如在各排图像组元上出现特别大差异的位置能连成一连线时，则可识别为线缺陷。如果每排图像组元，通常为2个，出现了毗邻图像组元亮度值特别大的差异值，则可判别为小于图像区段的面缺陷，它可指示缺陷面的开始处和终结处。在一个毗邻组元亮度值差异的图表示二维图像中概括地描述这种特别显著的有缺陷面的差异值。
当然必须事先规定何种毗邻图像组元亮度差异值作为背景杂色影响。何种差异的阈值可认为是缺陷。
在根据本发明的方法中，如由光源强度决定的图像基本亮度不起作用，因为在测定毗邻图像组元亮度值差异时，绝对亮度已经消失。但是在描绘的表面或空间区段上有一尽可能均匀的照明，这在任何情况下均是有利的。这样可减少阴影。光源安放在为记录用的摄像机周围，优选应用2至4个光源。如果不可能有这样有利的光源布置时，可以通过计算，所谓的“照相校正”来修正在记录平面或空间区段上的不均匀照明。其方法是，在测定毗邻图像组元平均亮度值之间的偏差之前，从图像组元平均亮度值测量前的每单个像素的亮度值中或从各个图像组元的平均亮度值中减去一个规定的校正值，也可在亮度值上加上一个规定的校正值。此处属于各个像素或图像组元的校正值是描述图像或图像区段上的一个数学上的面。校正值或该值所处的面可以基本上由所有的像素或图像组元来计算也可通过有关的统计选择法获得。校正值或该值所处的面可以根据各个观察的亮度值的最小二次误差，从显示校正值面的补偿平面中测定。由此这种影响可以用计算法得到补偿，在一个倾斜的照明中，图像的一部分区域整体地暗于其它部分。
为了识别缺陷，不仅要考虑记录线状图像，而且要考虑较大的平面区段。这样在e)步骤中按事先根据特性而选定的数量，对其它行列的图像组元重复进行d)步骤的测定，这些行列基本上平行于规定的第1行列。如分析的图像区段是矩形的，特别是方形的，则优选进行平行的行列测定。如果摄像机的视向不是尽可能地垂直于要记录的表面或要记录的喷射射束轴，这样记录出来的图像有一种透视畸变。在这种情况下，优选进行分析的图像区段和各个图像组元不是矩形的，而是选择梯形的，这样每个图像组元要与记录物体的或体积区段的相似面积相适应。在这些情况中，图像组元行列的走向不是强制地一定要平行，而是相互可以组成一定的小角度，这样可消除表面或喷射射束的透视畸变描述。
在沿着基本平行的图像组元进行图像分析时，如果线状或面状缺陷的边缘偶尔与所选择的图像组元行列接近平行，就可能分辨不出这些形式的缺陷。为了消除这种危险，建议沿着至少一行或优选两行或多行的图像组元进行分析(即确定毗邻图像组元亮度值的差异)，它们与选定的第1行图像组元组成优选在约60°至约120°的区域角度，更优选在约90°区域中组成的角度。由此可以识别出在平面上沿不同方向的毗邻图像组元之间亮度值的特别严重的差异，这种的判别方法也更加可靠。
根据本发明的方法，可以应用于如检查金属或塑料表面上的结构分布。为此优选尽可能平的表面区段，另一方面优选尽可能垂直的视向进行记录。正如上面所述的，在选择各个图像组元时只有考虑了透视视域的问题后，这样在弯曲的平面或有一斜视向的记录的评估才是合适的。在这些情况中，优选各个图像组元的大小基本上与记录物体的面积大小相同。此外应用了已叙述过的光源照明校正，在弯曲表面上的检查也是有利的。在每种情况下，考虑的推荐数值、相机视向和/或光源照明时要考虑避免在判别的图像中产生阴影。
举例来说，本发明方法可应用于检查金属或塑料表面经净化和/或亲水处理后的效果。经上述处理后在离开处理工作区以后的表面上应有一层均匀液体覆盖层。相反地由于处理得不干净和/或亲水处理稍差的地方均可看到水膜裂开，最后汇集形成水滴或水纹。在记录的表面图像上，在相应的照明下，可以识别出这些与均匀背景发生偏差的亮度值。通过本发明方法测定的毗邻图像组元亮度值之间产生的差异可以识别出这些缺陷的位置。
进行检查的金属或塑料表面还要进一步进行化学处理(如净化处理或改变表面化学性质的转化处理)或进行涂层。如对金属表面可以进行有色形成的化学处理、用一般的酸溶液或络合的氟化酸溶液处理、用过渡金属化合物溶液处理或进行形成膜或不形成膜的磷化处理。对技术上重要的金属表面，如铁板、钢板、涂锌或涂锌合金钢板、铝板和铝合金板上进行防腐蚀处理的步骤已经是很熟悉的。这些过程应用于金属制造工业如钢铁工业或在金属加工工业中如汽车制造业或在家电工业中，目的是为了按一般惯例改善防腐性能。根据本发明方法的特殊应用领域是在汽车制造业中判别形成磷酸盐涂层的质量。观察到的缺陷有损坏磷化层均匀性的缺陷。这些缺陷主要是点状形的，如所谓的“磷化白点”，此缺陷呈扁平坑状。它可在磷化处理不好的或不够致密的磷化层的地方形成。对这些特殊的应用领域优选表面区段的大小为10×10cm。将这图像分解成很多的图像组元，约0.5至约2mm大小的磷化层白点足可作为单个缺陷来识别。
此外本发明的方法还可考虑用于检查使用可交联的有机物质进行涂层的金属或塑料表面。一个典型例子是一种如电泳漆形式的漆层。但是也可以通过浸入到漆池或通过喷漆来进行。通常这种形式的漆层在涂漆完成后通过加热、红外线照射或光化学处理来硬化，其中相应的活性分子相互结合后交联。这种类型的漆层也可以有不同的缺陷，如过去叙述过的点状缺陷，如在漆层中的气泡或凹坑，还有在漆层上的尘粒或污物颗粒压出的漆层凹痕。在相应的照明下，这些有缺陷的漆层对光线的反射与没有缺陷的漆层不同，用这种方法可以在漆层图像中发现不同亮度的位置。根据本发明的方法可以识别出毗邻图像组元亮度突出的差异值。通过在各行列的图像组元中亮度突出差异值的系统分布可以识别过去叙述过的面状缺陷。
根据本发明的方法，在检查的工作步骤(净化、化学处理和涂层)完成后就可对检查的平面记录一张图像，并对这张图像进行分析。在一些表面只有很少变化的过程(净化、形成微薄涂层的转化处理)中，图像的亮度分布主要由金属表面结构本身决定。例如热浸镀锌钢板就是这种情况，金属表面的亮度分布主要受锌层结晶结构影响。在检查这些类型的物体时，为了改进根据本发明方法的结论，值得推荐在本身图像分析前，用计算方法去除底部结构的影响。为此将检查工作步骤之前的表面图像与该工作步骤完成后的同一平面图像进行对照比较。在化学处理或涂层前按a)步骤制作第1张图像。在上述处理结束后，在金属或塑料表面上至少接近的位置上按a)步骤制作第2张图像。在实现步骤b)和c)前或后，对第2张图像的二张图像进行按计算法的至少近似重叠，在二张图像上寻找能识别出的金属表面和塑料表面上的特征位置，这些特征位置在二张图像上至少近似地重叠。在第2张图像上进行d)步骤和有需要时进行e)步骤前，从第2张图像中的相应像素或图像组元的亮度值减去第1张图像中相应像素的亮度值和相应图像组元的平均亮度值。
为此要求将2张图像至少尽可能好地重叠在一起，使2张图像上的相应图像组元尽可能好地重叠。但是一般也不要求这二张图像准确到一张图像的每个像素与另一图像的相应像素重叠在一起。根据图像组元的不同大小，数量级从0.1mm至数mm的偏差还是可以允许的。作为2张图像计算法上重叠的特征点可以是通过弯曲或折叠产生的角、棱或小面积的接缝如点焊缝。
也可选择另一种对2张图像进行计算法上重叠的方法，即一张图像慢慢地相对于另一张图像移动，直至总是相叠的移动图像区段的亮度差异值的平方值达到最小。但是这种计算很复杂，所以不太适宜于快速的质量检查中。
本发明方法例如可以应用于净化过程、化学转化方法和涂层的质量检查。例如可以确定，何种毗邻图像组元亮度差异值范围可以看作正常范围。一种较大差异值的范围可以定义为控制范围。如果每个图像上的毗邻图像组元的亮度差异值达到n次均处在这个控制范围中，此处n是一个规定大于1的数字，这种情况还是可以接受的。如果差异值多于n次地处在控制范围中或至少一个差异值超过控制范围后，则可以自动进行下述操作中的一项i)在工作处或离工作处较远的地点发出警告信号；ii)至少对a)步骤前的对金属或塑料表面进行处理或涂层的手段中的一种进行复查；iii)关闭进行净化和/或亲水处理、化学处理或涂层的设备。
当然也可以同时启动i)和ii)或i)和iii)二个步骤，此外根据本发明的方法规定，优选将处在正常范围、控制范围或控制范围以外的毗邻图像组元亮度值之间的差异值数字持续地记录在数据储存体上。制图时优选地将测定物体的差异值保留原顺序排列，例如可应用可机读的线条码，其中有关的物体可以是如钢线圈或其中的一段或在汽车制造业中的某种汽车。此外还可能自动记录和储存，这些均是质量检查和质量保证所要求的。
此外还可看到，在本发明方法的实施过程中，可以识别毗邻组元亮度值之间差异值的发展过程趋势。例如先于实施本发明方法前的处理步骤(净化、转化处理、涂层等)中如果质量逐步出现问题，这样就可以从一张接一张的图像，如一辆汽车车身接一辆汽车车身识别出，愈来愈多的差异值落到正常范围之外。如果确定有这种行为，根据本发明的方法规定其控制系统在工作处和/或远离工作处发出警告信号。
在工作处发出警报信号就是指在企业内部发出实施本发明方法的警告信号。相反地远离工作处是指在企业外部的地方实施本发明的方法。远离工作处也可以指在企业外部的地方来检查或监控藉助本发明方法检查的处理步骤，如远离工作处可以指生产应用于表面处理步骤中的化学试剂工厂。通过这种方法，可使化学试剂的生产厂经常得到有关信息，了解在有关应用这些化学试剂的相应处理步骤中，应用人员是否按照标准进行操作。
如果在检查区中毗邻图像组元亮度值的差异超过最大可允许数值或确定差异值已落在控制范围以外的区域，计算机系统(控制系统)开始实施本发明的方法，可以选择进行ii)步骤，至少对先于a)步骤前进行的处理手段或涂层手段中的一项进行复查。如果处在控制范围的差异值已经增加了规定的数值，本发明方法的控制系统可以自动地启动。
在检查过程中还要注意到，较大数目的毗邻图像组元亮度值之间的突出差异值是否是独立的，这也许显示很多点状的缺陷位置或这些突出的差异值是否落在线上或转化为面状，并归于单一的但扩大的缺陷。根据不同的分析结果可以采取不同的措施，例如线状缺陷还可能是允许的，而多个点状缺陷是不允许的。
本发明方法还可应用于例如检查金属表面上通过磷化处理形成涂层的质量，措施ii)提供复查规定的磷酸盐溶液池或前置的处理池的参数，如其上游的净化或活化池的参数。如进行清洗池、活化池、磷化池的规定参数的自动分析。例如对净化池下述参数中的一项或多项进行自动分析，如碱度、表面活性剂含量和/或净化池脂肪负荷。为此可以自动启动分析方法，就如在德国专利申请19802725、19814500和19820800所公开的方法。与这些处理池检查措施相联系的，本发明方法还规定，如处理池的参数与规定值发生较大偏差时，就引入校正措施。
通过本发明的检查方法与一种在控制系统测定出偏差后启动前置处理池的分析相结合，在需要时还有可能有对处理池的成分采取校正措施。这样有可能自动和连续地保证表面处理，而不用工作人员参与。这里值得推荐的是将实施本发明检查方法的结果与超过一定偏差后启动的分析和校正措施储存下来，目的是为今后评定的需要。
作为有价值的措施(iii)可以规定，当在控制范围中和/或以外的区域中，毗邻图像组元亮度值之间的差异值超过一个规定的数字后，控制系统可以自动关闭全部设备。其中优选在工作处和/或在稍远处发出一个相应的信号，以使操作人员能尽可能快地人工操作设备和排除故障。
此外根据本发明的方法还可应用于检查颗粒在颗粒射束中的分布，其中至少检查一张由一个或多个喷嘴喷射产生的颗粒射束的图像，此时记录图像基本上垂直于喷射轴，这样可避免较大的错误的透视描述。正如上面所述的，细微的错误透视描述可以通过将图像分成图像组元的方法来补偿，其中每个图像组元包含一个相同大小的喷射束和/或它的周围空间区段。
特别在一种扇状喷射束中，仅仅只要记录1张喷射束图像就已经足够，要尽可能垂直于扇平面记录图像。相反地在一个锥状喷射束中优选记录2张或多张图像，这些图像是从不同的视向中记录的。这意味着在这种情况下，1次或多次地对图像重复本发明方法的a)至e)步骤。它们的图像平面和其正交的平面相互组成事先规定的角度。在一个基本上呈锥状的喷射束中，借助2张彼此基本垂直的图像进行本发明的方法已经足够。
其中涉及的问题可以是喷射液滴问题，它们从溶流或悬浮液中生成液滴，这些液滴在液滴射束中被干燥成固体颗粒。如果涉及的是熔体液滴问题时，它们在液滴射束中凝固成固体颗粒。第一种情况叙述的是喷射干燥方法，其中有价值材料的溶液或悬浮液在真空中和/或在提高温度的区域中喷射，此时溶剂或悬浮剂蒸发，由此获得粉状的有价值材料。这种方法应用于不同的工业中，例如应用于营养品工业中，应用此法生产营养品或食品粉末如奶粉和咖啡粉。此外这种喷射干燥方法在洗涤工业中通常用来获得粉状的洗涤剂衍生成分。
本发明的方法允许检查喷射设备是否按标准工作、是否由于在喷嘴旁的磨损现象使喷射束的空间分布落到正常区域以外的区域或是否由于一组喷嘴中的单个喷嘴的堵塞在喷射束中出现不均匀现象。它也可检查喷射过程是否处于最佳状态或是否由于故障会降低产量。
此外涉及的问题是喷射溶液、悬浮液或熔体中的液滴问题。它们被喷射到表面上，在这些表面上生成一涂层，喷漆或喷悬浮液就是其中的例子。涉及的问题也可以是固体颗粒，用它们来形成表面。它的实例就是粉末涂层。二种情况的喷射束中的不均匀性均可能形成表面上的不均匀涂层，由此降低质量。
与上述的检查表面处理过程的措施相似，在检查颗粒在喷射束中分布时，在颗粒射束内部的毗邻图像组元亮度值差异超过规定数值时，自动地在工作处或稍远处发出警告信号。如何能确定图像组元处在喷射束外部或内部的问题，将在以后的喷射束的孔径角检查的实施例中讨论。由此不需要人力参与，可以自动、连续地对喷射过程进行检查。
在另外的一个实施例中，应用本发明的方法检查由1个或多个喷嘴获得颗粒喷射束的孔径角。这对喷射干燥或喷射凝固过程非常重要。喷射束的扇状面不能太小，否则干燥或凝固就不可靠或颗粒相互间有结成团块的危险。另一方面喷射束的扇状面也不能太大，这样粘稠的液滴就会粘在喷射容器的墙壁上。喷射束的孔径角原则上由喷嘴布置来确定，但是当喷嘴有磨损或结皮时，就会有变化。此外喷射束孔径角还与能否正确调整喷射压力有关。
人们可以应用喷射射束涂覆表面，如漆层或汽车中底部保护漆。此时同样要注意有一个正确的喷射射束角度。只有在一个调整正确的喷射射束的孔径角下，才能使已涂层的表面有足够的均匀性或保持正确的涂层厚度。
为了测定喷射射束角度，首先测量为此记录的喷射射束区段的宽度。通过喷射干燥生产大产量的产品如清洁剂，其喷射射束有巨大的扩张，其范围可达数束。因此为了测定孔径角也必须记录相应的区段。边长最大可达5m的图像区段是合乎目的的。在喷射射束应用于喷漆在表面上形成漆层，或应用于喷底板保护漆时，具有几厘米到最高约1米的边长的图像区段一般就足够了。例如，在喷底板保护漆的个体实例中图像区段的边长约为10cm至约50cm，特别在约30×30cm的范围是合适的。
在根据本发明的方法中，为了检查喷射射束角，优选将垂直于喷射射束轴的图像分解成很多行列。选择每行列有足够数量的图像组元(每行列有约10至约200的范围中，优选约15至约100的图像组元)并组成从图像边缘开始的毗邻图像组元亮度值之间的差异。在合适的照明下，仅仅是显示背景的图像组元亮度值的差异是相对较少的。毗邻图像组元亮度值差异，其中部分主要含有背景图像，另一部分主要含有喷射射束图像，它可以具有很高的数值。相反地，仅仅含有喷射射束的毗邻图像组元亮度值差异又可以相对地较少(只要喷射射束还是较均匀的)。在确定差异的方法中，从背景开始向喷射射束移动，跨过喷射射束后，再到背景区域。最后较大的毗邻图像组元亮度之间差异值很大的可能与喷射射束边缘相关。沿着一行列首先确定它为较少的毗邻组元亮度值差异，在碰到喷射射束边缘时，出现第1次高的差异值，接着在喷射射束区域中，差异值波动较少，到达相应于喷射射束边缘时，又出现了特别高的差异值。当然本发明方法的前提只要选择足够大的图像区段，除了喷射射束图像外，在喷射射束图像的两侧还有背景的图像。由此要求自动控制，图像产生上述差异值的模式。
这时优选从最靠近喷嘴头部的图像行列开始计算毗邻图像组元亮度值差异。因为已知喷嘴头的大小，因此，最易于确保喷射射束的图像行列的中间区域包含喷射射束图像和其两边的背景图像。从喷嘴头部开始，一行接一行地评定并检查每下一行中，极端的毗邻图像组元亮度值之间差异是否均向外移动。只要一直是这种情况即可，即一根图像行列的二边区域是背景，在中间区域中是喷射射束。当毗邻图像组元的亮度值之间的极端差异已经达到图像行列的边缘区域时，这时本方法就要中断。因为要发生这样的危险，图像行列只含有喷射射束，而不含有背景。这样在这些图像行列中已经不存在要找的信息。
从上述的说明中，现在可以求得喷射射束的孔径角，在各个图像行列中，从毗邻图像组元亮度值之间的最初出现大差异值的点中，至少选择2个最显著的点组成的一直线，优选几个点组成补偿线。与此相似，在各个行列中毗邻图像组元亮度值最后出现的大差异值的点被连成第二根直线或补偿线。这二根直线可以看作为向量，由此通过应用向量代数可以计算喷射射束的孔径角。
在很多情况中并不需要知道准确的喷射射束的孔径角。而主要是检查，孔径角是否随时保持在规定的范围中。为此根据本发明方法可以先给出评估标准，在所选择的图像行列中，毗邻图像组元亮度值之间的最初的高差异值与最后的高差异值应在何种范围中。如果找到的亮度值差异的极限值偏向中间移动，则喷射射束的孔径角度小。如果它向外移动，则喷射射束的孔径角变大。
本发明方法的评定方法，可以通过喷射射束角的计算法，例如藉助向量计算法求得，也可以用最后叙述的比较方法，即在各个图像行列上的极限差异的实际位置与规定的位置进行比较。当喷射角变化到定义域以外时，即超过或小于规定的喷射射束孔径角的范围时，可以启动下述的一项或多项操作i)发出一个警告信号；ii)改变喷射压力，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；iii)改变喷射物的粘度，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；iv)变化喷射颗粒的电荷或改变喷嘴附近的电场，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；v)停止喷射。
在工作下或稍远处发出警告信号可以作为最普通的措施，其中规定，在喷射射束的孔径角发生较小的偏离时，仅发出一个警告信号，但是不启动其它的操作。直至喷射角的偏离达到了规定的界限，可以自动启动ii)至iv)步骤。如果喷射射束角超过或小于规定的边界值时，按本发明方法规定此时完全中断喷射过程。
对控制系统作出规定，是否应该通过喷射压力变化、通过喷射物粘度的变化(例如通过变化在喷嘴旁的温度)或通过变化电荷来改变孔径角。此外控制系统也规定，变化何种喷射条件才能扩大或缩小喷射射束角。控制系统能自己选择，采取何种措施能使喷射射束的孔径角最可靠地恢复到规定范围。为此控制系统可先后任意变化可能的喷射参数和通过喷射射束图像分析来计算所采取的措施对喷射射束孔径角产生的结果。
本发明方法还规定，在一些情况中，控制系统变化了喷射参数后，但仍达不到所希望的结果时，即刻发出警告信号(工作处和/或远离工作处)和同时提出可能采取的措施建议。可能的措施可以有如清理或更换喷嘴。此外还规定，在这种情况下控制系统应优选中断喷射过程。
喷射射束孔径角的监测方法可以应用于表面喷漆，特别是喷汽车底漆中。在喷底部保护漆层时，在喷射头部区域变化底部保护层物质的温度可作为校正喷射射束孔径角的一项有效措施。改变底部保护层物质的温度，对喷射射束孔径角的作用明显，因此该措施能很容易地校正孔径角。
本发明方法的实施例中还规定，优选储存喷射射束孔径角的检查结果，其目的是为了今后的评定和/或质量检查。其中优选记录孔径角与测定时间和/或物体涂层厚度的相关关系。
图像区段的尺寸各为11×8cm。
图2表示总是沿着图中水平行的毗邻图像组元平均亮度值差异的计算结果。在
图1上分图的未经损坏磷酸盐层钢板的上半张图表与图1下分图的经损坏的磷酸盐层钢板的下半张图表相应。在图1中的沿水平行毗邻图像组元亮度值的差异又以水平线形式再现于图2中。在图1中各个图像组元的水平行列相应于图2中各个行列。
在图2上分图中可看到没有缺陷和均匀的磷磷酸盐钢板，只出现很少的毗邻图像组元平均亮度值的差异。相反地在图1下分图中磷酸层的损坏导致出现在图2下分图中看到，大的毗邻图像组元亮度值差异。磷酸盐层缺陷由此可以自动地识别，其毗邻图像组元亮度值差异超过一个规定的最低数值。同时在图2下分图中指出了磷酸层缺陷的程度和位置。
从这些图中首先可以判别喷射射束的均匀性，其次可以检查，喷射射束的孔径角是否随时间而变化。此外也可将不同时间记录的视频图像在一起进行比较，可检查各个图像中的喷射射束的边缘是否在相应的图像组元内。
从图3上分图中显示的毗邻图像组元亮度值差异中可直接计算喷射射束角。其计算方法如下上述的喷射射束的边界线可以通过下述的二个直线方程求得y＝a·x+b 和 y＝c·x+d喷射射束的α角为cosα=-(1+a·c)sqrt(1+a·a)·sqrt(1+c·c)]]>其中sqrt表示平方根函数。直线方程应用的坐标系统的方位和参考点，对测定孔径角不起作用，可根据实际情况选定。但是二根边界线必须显示在同一的坐标系统中，并且在物体中(此处在喷射射束中)离x轴和y轴的间距应该相同。通常选择坐标系统为x轴精确地水平于所记录的视频图像，y轴垂直于所记录的视频图像。
图4是按照图3的喷射法的应用计算。图4示意表示，在图3上分图中各个行列中最外边的毗邻图像组元亮度值最大差异的位置。这些位置与喷射射束的边界线相应。其中给出了喷射射束的两根边界线和它的直线方程，由此通过向量代数计算喷射射束的孔径角。在本实施例中为47°。
图像的尺寸约为16×12cm上分图以行列方式表示下分图中毗邻图像组元亮度值差异相接的行列与相接的各图像组元相对应图4上分图显示在图3上分图中喷射射束边界的毗邻图像组元最外边显著的差异值的示意位置下分图喷射射束孔径角的计算
权利要求
1.一种检查表面的结构分布或空间的颗粒分布的方法，其特征在于，a)用光学方法或电子方法制作至少一张二维的分布图像，将图像分解成像素并将每个像素的亮度值用数字形式存储在一个数据存储器中；b)将图像或该图像的一个区段按规定数量分成成行排列的图像组元，其中每个图像组元包括至少四个像素；c)通过图像组元的各个像素亮度值的平均值测定每个图像组元的平均亮度值；d)沿着规定的第1行图像组元测定毗邻图像组元的平均亮度值之间的差异，该差异值记录在可机读的数据存储器上和/或以一种方式输出图表，使得在图中获得所属图像组元的位置与差异值的局部相关关系并且在需要时进行下述步骤；e)将其它行列的图像组元按事先规定的数量重复d)的步骤，这些行列大体上均平行于规定的第1行列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在测定毗邻图像组元平均亮度值之间差异之前，进行一种照度校正，其中在测定图像组元平均亮度值之前从每一个像素的亮度值或从各个图像组元的平均亮度值减去一个事先选定的校正值或在亮度值上加上一个事先选定的校正值，其中所述各个像素或图像组元相关的校正值描述图像或图像区段的一个区域。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，选择的图像区段是矩形或梯形的，它们的边长长度相应于空间真实的长度，在1mm至5m的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，对规定的第二行图像组元重复d)和e)的步骤，此行列与规定的第一行图像组元构成在60至120°范围内的一个事先选定的角度。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于，可以检查金属表面或塑料表面的结构的分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在检查金属表面或塑料表面时，经过事先进行的净化和亲水处理后检查水滴的出现。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在检查金属表面或塑料表面时，要对其进行化学处理或涂膜处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对金属表面进行了有色形式的化学处理、用一般的酸溶液和/或络合的氟化物溶液处理、用过渡金属化合物溶液处理或成膜或不成膜的磷化处理。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，金属表面或塑料表面已用可交联的有机物质进行涂膜处理。
10.根据权利要求6至9中的任一项的方法，其特征在于，在金属表面或塑料表面上进行净化和/或亲水化处理、化学处理或涂膜前按a)步骤制作第1张图像，经上述处理后在至少接近的金属或塑料表面位置上按a)步骤制作第2张图像，在进行b)和c)步骤前和后，对二张图像的至少第2张图像通过在二张图像上寻找金属表面和塑料表面上的特征位置进行计算重叠，这些特征位置在二张图像上至少近似地重叠，在第2张图像进行d)步骤和需要进行e)步骤以前，从第2张图像中相应的像素或图像组元的亮度值减去第1张图像中相应像素的亮度值或图像组元的平均亮度值。
11.根据权利要求5至10中任一项的方法，其特征在于，在毗邻的图像组元的亮度值差异至少有一次或至少有n次超过规定的数目时，此n为规定的数值，则自动地进行下述的一项或多项操作i)发出警告信号；ii)至少对a)步骤之前的对金属或塑料表面进行处理或涂层的手段中的一种进行检查；iii)关闭进行净化和/或亲水处理、化学处理或涂层的设备。
12.根据权利要求1至4中任一项的方法，检查在一个喷射射束中颗粒的分布，其特征在于，检查至少一张由一个或多个喷嘴喷射产生颗粒射束的图像，该图像在基本上垂直于喷射轴时记录。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，对图像进行一次或多次重复a)至e)步骤的操作，图像平面互相之间形成特定的角度。
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，在喷射的颗粒为溶液或悬浮液的液滴时，这些液滴在射束中干燥成固体颗粒，或当为喷射熔体液滴时，在射束中凝固成固体颗粒。
15.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，为了在表面上产生一层涂层，喷射到表面的颗粒为溶液、悬浮液或熔体的液滴。
16.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，在喷射的颗粒为固体颗粒时，用这些颗粒在表面上生成了一层涂层。
17.根据权利要求12至16中任一项的方法，其特征在于，当颗粒射束内部的毗邻图像组元的亮度值差异超过规定的数值时，则自动发出警告信号。
18.根据权利要求12至16中任一项的方法，其特征在于，要求检查由一个或多个喷嘴喷射产生的颗粒射束的孔径角。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，当喷射射束的孔径角超过或低于规定的角度范围时，则自动进行下述的一项或多项操作i)发出一个警告信号；ii)改变喷射压力，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；iii)改变喷射物的粘度，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；iv)改变喷射射束颗粒的电荷或改变喷嘴附近的电场，使喷射射束的孔径角又恢复到规定的范围；v)停止喷射。
全文摘要
一种监测表面结构分布或空间的颗粒分布的方法,其中用视频技术制作分布的光学二维图像,该图像被分解成像素,测定每个像素的平均亮度和沿事先选择的像素行列计算毗连的像素亮度值的差异。这些差异值被记录在数据载体上和/或以一种方式输出使差异值与图像保持相互关系。由此可以研究在何处出现表面上结构分布或在空间中颗粒分布的不均匀性。该方法可应用于如表面均匀性判断、表面缺陷检测和检查空间喷射的孔径角和均匀性等方面。
文档编号G06T7/00GK1322332SQ99811838
公开日2001年11月14日 申请日期1999年9月30日 优先权日1998年10月9日
发明者乌尔里希·佩格洛, 埃尔克·舍尔, 伯恩哈德·古肯比尔, 沃尔夫岗·冯·雷宾斯基, 伊波尔亚·巴蒂克－希姆勒尔, 沃尔夫岗·克利, 维尔纳·奥皮茨, 汉斯－维利·克林 申请人:汉高两合股份公司