用于检测物体中的表面缺陷的设备的制作方法

用于检测物体中的表面缺陷的设备
1.本发明涉及用于检测物体中的表面缺陷的设备。
2.众所周知，工业中使用的一些部件，例如在许多设备中使用的环型工业垫圈(o形环型垫圈)，必须经仔细检查以检测可能损害其功能的缺陷的存在。
3.通常，这样的物体的表面检查是通过使用专用装置自动执行的。
4.专利申请ep2280270a1描述了用于检测o形环型垫圈中的表面缺陷的设备。
5.检测设备包括成对的单色光源，成对的单色光源位于待检查物体的馈送平面的相对侧并且被配置成发射具有不同波长的光辐射。
6.因此，在检测设备的操作中，这样的光源用不同颜色例如绿色和红色的光照射待检查物体的不同区域。
7.检测设备还包括彩色摄像装置，该彩色摄像装置可以拍摄由两个光源同时照射的垫圈的彩色图像。
8.即使现有技术的检测设备令人满意地完成了他们被设计用于的任务，这些设备也具有一些缺点。
9.问题在于待检查物体的图像没有统一的分辨率。例如，与用红光照射的物体的区域相关的图像部分的分辨率通常低于与用绿光照射的物体的区域相关的图像部分的分辨率。
10.这实质上是由于已知的检测设备通常采用(出于经济原因以及为了减小尺寸)仅具有一个彩色图像传感器的彩色摄像装置。
11.这样的图像传感器通常包括像素矩阵，其中，每个像素与带通滤波器耦接，这使像素对三原色(红色、蓝色、绿色)之一敏感。对每种原色敏感的像素不是均匀分布的。通常，图像传感器包括25％的红色像素、50％的绿色像素以及25％的蓝色像素。
12.显然，现有技术检测设备的该特定特征使在被红光照射的物体的区域中识别可能的缺陷比在被绿光照射的物体的区域中识别可能的缺陷更加困难。
13.这当然可能对检测设备的性能造成不可忽略的限制，尤其是就检测精度而言。
14.在要对移动物体进行检查时，上面提及的问题甚至更加能感受到。在这种情况下，事实上，物体的图像的获取时间相对较短，使得物体在随后的拍摄之间没有移动太多，并且可以假设其几乎是稳定的。
15.本发明的主要任务是提供用于检测物体中的表面缺陷的设备和方法，该设备和方法使得上面强调的现有技术的缺点能够被克服或减轻。
16.在该任务的范围内，本发明的目的是提供在待检查物体的可能的表面缺陷的检测中确保高精度的检测设备和检测方法。
17.本发明的另一目的是提供一种检测设备和检测方法，其能够以高且恒定的分辨率获取待检查物体的图像，而与照射物体的光的色度分量无关。
18.另一目的是提供特别适于移动物体的检查的检测设备和检测方法。
19.本发明的另一目的是提供与现有技术的相同种类的设备相比以有竞争力的成本、可以在工业上容易制造或实现的检测设备和检测方法。
20.根据本发明，将根据随后的描述和附图变得明显的该任务和这些目的以及其他目的是通过根据在下文中呈现的权利要求1和相应的从属权利要求所述的用于检测物体中的表面缺陷的设备来实现的。
21.优选地，所述物体是“o形环”型的工业垫圈。
22.在本发明的一般定义中，根据本发明的检测设备包括：
[0023]-照明装置，其被配置成利用具有第一照明方向的第一光辐射或利用具有第二照明方向的第二光辐射照射所述物体；
[0024]-获取装置，其被配置成在所述物体被所述照明装置照射时获取所述物体的黑和白(b/w)图像。
[0025]
根据本发明，在所述设备的操作中：
[0026]-在第一时间间隔处，所述照明装置利用所述第一光辐射照射所述物体并且所述获取装置获取所述物体的第一b/w图像；
[0027]-在与所述第一时间间隔不同的第二时间间隔处，所述获取装置使所述第一b/w图像能够用于进一步处理；
[0028]-在与所述第一时间间隔不同并且与所述第二时间间隔部分重叠的第三时间间隔处，所述照明装置利用所述第二光辐射照射所述物体并且所述获取装置获取第二b/w图像；
[0029]-在与所述第三时间间隔不同的第四时间间隔处，所述获取装置使所述第二b/w图像能够用于进一步处理。
[0030]
优选地，根据本发明的检测设备包括数据处理装置，该数据处理装置被配置成处理所述第一b/w图像和所述第二b/w图像以提供指示所述物体上的表面缺陷的存在的检测数据。
[0031]
优选地，所述数据处理装置包括第一数据处理装置，该第一数据处理装置被配置成处理所述第一b/w图像和所述第二b/w图像并且提供所述物体的彩色图像。
[0032]
优选地，所述数据处理装置包括第二数据处理装置，该第二数据处理装置被配置成处理所述彩色图像并且提供所述检测数据。
[0033]
优选地，所述照明装置包括：第一光源，其被配置成提供所述第一光辐射；以及第二光源，其被配置成提供所述第二光辐射。
[0034]
在本发明的另一方面中，本发明涉及在下文中呈现的根据权利要求8和相应的从属权利要求所述的用于检测物体中的表面缺陷的方法。
[0035]
在本发明的一般定义中，根据本发明的方法包括以下步骤：
[0036]-在第一时间间隔处，利用具有第一照明方向的第一光辐射照射所述物体并且获取第一b/w图像；
[0037]-在与所述第一时间间隔不同的第二时间间隔处，使所述第一b/w图像能够用于进一步处理；
[0038]-在与所述第一时间间隔不同并且与所述第二时间间隔部分重叠的第三时间间隔处，利用具有第二照明方向的第二光辐射照射所述物体并且获取第二b/w图像；
[0039]-在与所述第三时间间隔不同的第四时间间隔处，使所述第二b/w图像能够用于进一步处理。
[0040]
优选地，根据本发明的方法包括处理所述第一b/w图像和所述第二b/w图像以提供
指示所述物体上的表面缺陷的存在的检测数据的步骤。
[0041]
优选地，处理所述第一b/w图像和所述第二b/w图像的步骤包括：
[0042]-处理所述第一b/w图像和所述第二b/w图像以提供所述物体的彩色图像；
[0043]-处理所述彩色图像以提供所述检测数据。
[0044]
参照以下描述和附图，根据本发明的检测设备和检测方法的其他特征和优点将变得更加明显，这些描述和附图仅提供用于指示和非限制目的，在附图中：
[0045]-图1示出了根据本发明的检测设备的框图；
[0046]-图2示意性地示出了根据本发明的检测设备的操作模式；
[0047]-图3示意性地示出了根据本发明的检测设备的实施方式。
[0048]
参照所述附图，本发明涉及适于检测物体100中的表面缺陷的检测设备1。
[0049]
检测设备1特别适于检测工业垫圈100特别是“o形环”型垫圈中的表面缺陷。
[0050]
在下文中将参照该应用领域进行描述，而不限制本发明的范围。
[0051]
事实上，检测设备1可以用于检测任何种类的物体100中的表面缺陷，例如在任何工业部件中的表面缺陷。
[0052]
通常，设备1适于提供指示待检查的物体100中的表面缺陷的存在的检测数据ds。这样的检测数据可以用于许多目的，例如用于质量控制或类似目的。
[0053]
原则上，可以通过检测设备1检测到的表面缺陷可以是任何种类的。例如，这些表面缺陷可以包括微划痕、表面粗糙度变化、颜色变化、微裂缝、微裂纹等。
[0054]
根据本发明，检测设备1包括照明装置2，该照明装置2被配置成沿不同照明方向照射物体100。
[0055]
照明装置2被设置用于利用具有第一照明方向d1的第一光辐射l1或利用具有第二照明方向d2的第二光辐射l2照射物体100。
[0056]
照射方向d1和d2的选择极大地取决于待检查的物体100的配置以及安装有检测设备的系统的布置。
[0057]
通过示例的方式(图3)，在用于检查环形(“o形环”)垫圈的系统的情况下，照明方向d1和d2可以彼此相反并且平行于垫圈的主对称轴(环形轴)。
[0058]
优选地，照明装置2包括：第一光源21，其被配置成提供第一光辐射l1；以及第二光源22，其被配置成提供第二光辐射l2。
[0059]
根据一些实施方式，第一光辐射l1和第二光辐射l2包括白光。
[0060]
根据其他实施方式，第一光辐射l1和第二光辐射l2分别包括绿光和红光。该选择对于检测与物体100的表面颜色相关的缺陷特别有利。
[0061]
然而，基本上，第一光辐射l1和第二光辐射l2可以是任何种类的。它们也可以包括不可见光，例如在红外线范围内的不可见光。
[0062]
优选地，第一光源21和第二光源22各自包括适于分别发射第一光辐射l1和第二光辐射l2的led设备的组件。
[0063]
根据本发明的优选实施方式(图3)，光源21、22包括不同的照明器，每个照明器都能够发射相应的光辐射l1或l2并且相对于物体100位于相应的操作位置，使得相应发射的光辐射被定向为沿照明方向d1或d2。
[0064]
然而，替选实施方式可以包括适于根据相应的照明方向d1和d2发射所要求的光辐
照射物体100并且获取装置3获取物体100的第二b/w图像i2；
[0084]-在第四时间间隔t4处执行的第二传输步骤tr2，其中，获取装置3使物体100的第二b/w图像i2可用于进一步处理。
[0085]
在检测设备的工业实现方式中，根据本发明，获取装置3被设计成使得时间间隔t1至t4接近于利用目前可用的制造图像传感器的技术可实现的最小值。
[0086]
通常，在操作过程p100中，如上面提及的，第三时间间隔t3(获取步骤a2)与第一时间间隔t1(获取步骤a1)不同。在实践中，时间间隔t1和t3彼此不重叠。
[0087]
此外，考虑到上面描述的获取装置3的一般操作：
[0088]-第二时间间隔t2(传输步骤tr1)与第一时间间隔t1(获取步骤a1)不同。在实践中，时间间隔t1和t2彼此不重叠；以及
[0089]-第四时间间隔t4(传输步骤tr2)与第三时间间隔t3(获取步骤a2)不同。
[0090]
根据本发明，在操作过程p100中，第二时间间隔t2(传输步骤tr1)与第三时间间隔t3(获取步骤a2)部分重叠。换言之，时间间隔t2与t3不是彼此不同，而是彼此重叠一定的时间段。
[0091]
该解决方案使得提供图像i1和i2的总体时间大幅减少。
[0092]
获取装置3可以根据已知的解决方案进行工业制造。通常，获取装置3可以包括设置有图像传感器的摄像装置，该图像传感器被配置成允许与不同图像相关的传输(“读出”)步骤和获取(“曝光”)步骤的部分重叠。
[0093]
例如，获取装置30可以包括设置有cmos(互补金属氧化物半导体)类型的图像传感器30的摄像装置。
[0094]
根据本发明，检测设备1包括数据处理装置7，该数据处理装置7被配置成处理物体100的第一b/w图像i1和第二b/w图像i2(由获取装置3提供)，以提供检测数据ds。
[0095]
根据本发明的可能的实施方式，数据处理装置7包括第一数据处理装置5，该第一数据处理装置5被配置成处理物体100的第一b/w图像i1和第二b/w图像i2并且提供所述物体的彩色图像ic。
[0096]
为了处理b/w图像i1和b/w图像i2，第一数据处理装置5可以有利地执行已知类型的图像处理算法。
[0097]
根据本发明的该可能的实施方式，数据处理装置7包括第二数据处理装置6，该第二数据处理装置6被配置成处理物体100的彩色图像ic(由第一处理装置5提供)并且提供检测数据ds。
[0098]
为了处理物体100的彩色图像ic，用于处理图像的处理装置6可以有利地执行用于检测表面缺陷的已知算法。
[0099]
当然，可以想到本发明的以下实施方式：其中，处理装置7在不生成物体100的彩色图像的情况下通过处理b/w图像i1和i2获得检测数据ds。
[0100]
优选地，检测设备1包括控制装置4，该控制装置4被配置成与检测设备的一些部件(特别是照明装置2、获取装置3和数据处理装置7)交互，以通过合适的数据信号和控制信号的交换来控制它们的操作(例如，用于执行上面描述的操作过程p100)。
[0101]
有利地，控制装置4被配置成在非常“低”的水平处即没有其他控制设备调解的情况下协调检测设备的其他提及的部件的操作。
[0102]
因此，在执行检测方法时，可以极大地减少冲突条件和延迟时间。
[0103]
在工业实现方式中，数据处理装置7和控制装置4可以包括用于数据的数字处理的一个或更多个设备，例如适于执行存储在存储介质中的软件指令的一个或更多个微处理器。
[0104]
通常，数据处理装置7和控制装置4可以根据已知的电路和/或数据数字处理解决方案来制造。例如，检测设备1可以包括控制和处理单元，该控制和处理单元设置有一个或更多个微处理器板，该微处理器板被适当地配置成用于实现处理装置7和控制装置4的功能。
[0105]
根据本发明的检测设备可以容易地集成在用于执行物体的(质量)检查的系统例如用于检查“o形环”型的工业垫圈的系统中。
[0106]
这样的系统可以有利地包括用于沿垫圈的馈送路径检查垫圈的几个站。
[0107]
根据本发明，每个站有利地包括检测设备1，该检测设备1用于检查通过的垫圈并且获得指示可能的表面缺陷的存在的检测数据。
[0108]
在图3中，示出了根据本发明的检测设备1的实施方式，该检测设备1特别适于安装在检查站中。
[0109]
在这种情况下，待检查的物体100被定位在由对光源21、22发射的光辐射透明的材料制成的传送带150上。
[0110]
照明装置2包括第一光源21和第二光源22，该第一光源21和第二光源22设置在传送带150的不同侧上以利用具有彼此相反的方向d1和d2的光辐射l1和l2照射物体。
[0111]
设置有图像传感器30(例如c-mos型)的摄像装置3在物体被光源21、22中的每一个照射时对物体进行拍摄并且将如此获取的图像i1和i2提供给处理装置7。
[0112]
应当注意，在本发明的工业实现方式例如本文中所描述的一个实现方式中，在物体移动时，例如以12m/min的典型速度移动时，获取物体100的第一b/w图像i1和第二b/w图像i2。
[0113]
因为获取发生在不同的时间间隔t1和t3处，物体100的图像i1和i2不能完全重叠，而是一个相对于另一个偏移了一些像素。在拍摄b/w图像i1和i2中的这种失配(其量本身是容易预测的)可以在相同图像的处理步骤(后处理)中被容易地校正。
[0114]
鉴于以上，明显的是，本发明还涉及用于检测物体100中的表面缺陷的方法。
[0115]
根据本发明的方法包括上面描述的过程p100的步骤。特别地，根据本发明的方法包括以下步骤：
[0116]-在第一时间间隔t1处，利用具有第一照明方向d1的第一光辐射l1照射物体100并且获取第一b/w图像i1；
[0117]-在与所述第一时间间隔t1不同的第二时间间隔t2处，使所述第一b/w图像i1可用于进一步处理；
[0118]-在与第一时间间隔t1不同并且与第二时间间隔t2部分重叠的第三时间间隔t3处，利用具有第二照明方向d2的第二光辐射l2照射物体100并且获取第二b/w图像i2；
[0119]-在与所述第三时间间隔t3不同的第四时间间隔t4处，使第二b/w图像i2可用于进一步处理。
[0120]
根据本发明的方法还包括处理第一b/w图像i1和第二b/w图像i2以提供指示物体
100上的表面缺陷的存在的检测数据ds的步骤。
[0121]
优选地，这样的处理步骤包括：
[0122]-处理第一b/w图像i1和第二b/w图像i2以提供物体100的彩色图像ic；
[0123]-处理物体100的彩色图像ic以提供指示表面缺陷的存在的检测数据ds。
[0124]
根据本发明的检测设备和检测方法与现有技术相比具有相当大的优势。
[0125]
随本发明提出的解决方案提供了拍摄物体100的至少两个b/w图像。
[0126]
如此拍摄的物体100的b/w图像具有与用于照射物体本身的光辐射的色度分量独立的分辨率水平。
[0127]
该解决方案使得从与照射光的不同色度分量相关联的分辨率的可能变化衍生出的上面提及的问题能够被克服。
[0128]
根据本发明的检测设备和检测方法因此确保了在检测待检查物体的可能的表面缺陷时的高精度。
[0129]
由于与随后获取的图像相关的“读出”时间间隔和“曝光”时间间隔的部分重叠(如由上面描述的过程p100所提供的)，根据本发明的检测设备和检测方法与现有技术解决方案相比，使得能够利用更短的总体时间来拍摄物体的图像。
[0130]
这使得在时间单位内可以被检查的物体的数量增加，并且使获取移动物体的图像相当容易，这是因为同一物体的两个图像之间的空间对应的可能的缺失大幅减少并且可以在处理图像时被容易弥补。
[0131]
与可用的现有技术解决方案相比，根据本发明的检测设备和检测方法可以以有竞争力的成本、使用已知的部件在工业上容易地制造或实现。