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    • 专利摘要:
    Eswird ein Verfahren zur Planung einer Inspektionsbahn (2) für mindestenseine optische Aufnahmeeinrichtung (4), insbesondere eine Kamera,zur Inspektion eines dreidimensionalen Objekts (3) beschrieben,bei dem die Aufnahmeeinrichtung (4) und das Objekt (3) mittels einerBewegungseinrichtung (5, 6) relativ zueinander bewegbar sind. Damitdas Verfahren zur Planung von Inspektionsbahnen und zur Bestimmungvon zu inspizierenden Bereichen einfach zu handhaben ist und zuverlässig allezu inspizierenden Bereiche abdeckt, ist vorgesehen, dass auch denKonstruktionsdaten (8), insbesondere CAD-Daten und/oder sensorischermittelten Daten, des Objekts (3) und/oder eines zu inspizierendenBereichs (12) auf dem Objekt und den optischen Abbildungseigenschaftender Aufnahmeeinrichtung (4), welche in elektronischer Form abgespeichertsind, die Inspektionsbahn (2) fürdie optische Aufnahmeeinrichtung (4) mittels einer Recheneinheit(10) selbsttätigermittelt wird, indem eine bestimmte geometrische Relation zwischender Aufnahmeeinrichtung (4) und der zu inspizierenden Oberfläche vorgegebenwird.
    公开号:DE102004007829A1
    申请号:DE102004007829
    申请日:2004-02-18
    公开日:2005-09-08
    发明作者:Enis Dipl.-Ing. Ersü；Stefan Dipl.-Ing. Wienand
    申请人:ISRA Vision Systems AG；
    IPC主号:G01B11-30
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Inspektionsbahnfür mindestenseine optische Aufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Kamera, zurInspektion eines dreidimensionalen Objekts, bei dem die Aufnahmeeinrichtung unddas Objekt mittels einer Bewegungseinrichtung relativ zueinanderbewegbar sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahrenzur Bestimmung von zu inspizierenden Bereichen einer Oberfläche aufeinem dreidimensionalen Objekt aus in elektronischer Form vorliegendenKonstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten, des Objekts.
    [0002] Esgibt Verfahren zur Untersuchung von Oberflächen mit Kameras, bei deneneine Kamera relativ zu einem zu untersuchenden Objekt bewegt und dabeidie Oberflächedes Objektes optisch abgetastet wird. Bei größeren Objekten ist es notwendig,eine Inspektionsbahn vorzugeben, auf der die optische Aufnahmeeinrichtungbzw. Kamera an dem Objekt entlang gefahren wird. Dazu sind das zuuntersuchende Objekt und/oder die optische Aufnahmeeinrichtung aufeiner Bewegungseinrichtung, beispielsweise einem Laufband, einemRoboter, einem Manipulator, einem Handhabungsgerät oder dgl., montiert, damitdas Objekt und die Aufnahmeeinrichtung relativ zueinander möglichstin allen Freiheitsgraden bewegt werden können. Der Bewegungsablauf dieserBewegungseinrichtung, d.h. die Inspektionsbahn für die optische Aufnahmeeinrichtung,müssender Steuerung der Bewegungseinrichtung vorgegeben werden. Dies istgerade bei komplizierten dreidimensionalen Objekten, beispielsweiseKarossen, aufwendig, da viele Einstellungen notwendig sind, um dengesamten Oberflächenbereichdes Objektes abzutasten. Die Bewegungsabläufe der Bewegungseinrichtungmüssenin der Regel manuell konfiguriert oder zumindest manuell überprüft und ggf.nachkorrigiert werden. Dabei müssenauch die zu inspizierenden Bereiche auf der Oberfläche desObjektes ausgewähltwerden. Auch diese Vorgaben erfolgen größtenteils manuell.
    [0003] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es daher, Verfahren zur Planung vonInspektionsbahnen und zur Bestimmung von zu inspizierenden Bereichenanzugeben, die einfacher zu handhaben und zuverlässig alle zu inspizierendenBereiche abdecken.
    [0004] DieseAufgabe wird bei einem Verfahren zur Planung einer Inspektionsbahnder eingangs genannten Art im Wesentlichen dadurch gelöst, dass ausden Konstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten und/oder aus Sensordatenerzeugten Daten, des Objekts und/oder eines zu inspizierenden Bereichs aufdem Objekt und den optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtung,welche in elektronischer Form abgespeichert sind, die Inspektionsbahnfür dieoptische Aufnahmeeinrichtung mittels einer Recheneinheit selbsttätig ermitteltwird, indem eine bestimmte geometrische Relation zwischen der Aufnahmeeinrichtungund der zu inspizierenden Oberflächevorgegeben wird. Dann ist es möglich,die erforderliche Bahn fürdie Aufnahmeeinrichtung aus den Konstruktionsdaten und den Abbildungseigenschaftender optischen Aufnahmeeinrichtung automatisch zu berechnen, ohnedass diese aufwendig manuell berechnet oder bestimmt werden muss. DurchVorgabe bestimmter Aufnahmebedingungen, die insbesondere durch bestimmtegeometrische Relationen zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der zuinspizierenden Oberflächedefiniert werden, ist es möglich,sämtlichePositionen fürdie Aufnahmeeinrichtung zu bestimmen, um das gesamte Objekt oder diezu inspizierenden Bereiche des Objektes während der optischen Inspektionvollständigabzudecken.
    [0005] Diegenaue Form des zu inspizierenden Objektes ist dabei durch in elektronischergespeicherter Form vorliegenden Konstruktionsdaten des Objektes inbeliebiger Genauigkeit bekannt. Aus diesen Informationen kann alsoeine In spektionsbahn automatisch bestimmt werden, ohne dass derBewegungsablauf manuell vorgegeben werden muss. Es ist insbesondereauch möglich,die relevanten Konstruktionsdaten aus Sensordaten, bspw. durch Aufnahme undAuswertung von Bildern, Abtastung oder dgl. zu erzeugen. In diesemFall ist ein selbsttätigesErlernen der notwendigen Konstruktionsdaten des Objekts möglich, sodass diese nicht von gesondert vorgegeben werden müssen. DieAbspeicherung der Daten erfolgt dann automatisch. Die Ermittlungder Konstruktionsdaten aus Sensordaten kann auch dazu verwendetwerden, bereits vorhandene Konstruktionsdaten in ihrer Genauigkeitzu verbessern bzw. deren Auflösungzu verfeinern.
    [0006] Dabeikann die Inspektionsbahn so geplant werden, dass die optische Aufnahmeeinrichtung über dasstehende oder bewegte Objekt geführtwird, wobei vorzugsweise die Bewegungsmöglichkeiten der Bewegungseinrichtungberücksichtigtwerden. Besonders vorteilhaft kann die Bewegungseinrichtung alsManipulator, Handhabungsgerätoder mehrachsige Verfahreinheit ausgebildet sein, die insbesondere eineBewegung in mehreren Freiheitsgraden, beispielsweise um mehrereverschiedene Drehachsen, zulässt.
    [0007] Beider Planung der Inspektionsbahn werden vorzugsweise Aufnahmepositionender Aufnahmeeinrichtung derart bestimmt, dass das gesamte dreidimensionaleObjekt oder alle zu inspizierenden Bereiche auf dem Objekt durchaufgenommene Bilder abgedeckt werden. Dazu wird überprüft, ob die aus den Konstruktionsdatenermittelten Oberflächendes Objektes, die inspiziert werden sollen, vollständig durchdie währendder Inspektion aufgenommenen Bilder abgedeckt werden. Dies kannanhand der bekannten optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtungund den durch Inspektionsbahn bestimmten Positionen der optischenAufnahmeeinrichtung festgestellt werden.
    [0008] Ineiner besonders vorteilhaften Ausgestaltung dieser Verfahrensvariantewerden aus den Bewegungsinformationen der Bewegungseinrichtung undden ermittelten Aufnahmepositionen der Aufnahmeeinrichtung Zeitpunktefür dieAufnahme der Bilder bestimmt. Durch die Berücksichtigung der tatsächlichenBewegungsinformationen der Bewegungseinrichtung und der Aufnahmepositionenwährenddes Abfahrens der Inspektionsbahn können diese Informationen danndirekt bei dem optischen Abtasten verwendet werden, um die Aufnahmevon Bildern insbesondere abhängigvon Auflösung,Position und/oder Zeit zu steuern bzw. auszulösen.
    [0009] Erfindungsgemäß kann derAufnahmeeinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zugeordnet unddie Inspektionsbahn ermittelt werden, indem eine bestimmte geometrischeRelation zwischen der Aufnahmeeinrichtung, der Beleuchtungseinrichtung undder zu inspizierenden Oberflächevorgegeben wird. Dadurch wird die Inspektionsbahn auch unter Berücksichtigungder Beleuchtungssituation ermittelt. Für den Fall, dass die Beleuchtungseinrichtung unddie Aufnahmeeinrichtung zu einer Inspektionseinheit zusammengefasstsind, wird die Inspektionsbahn fürdie Inspektionseinheit bestimmt. Es ist jedoch auch möglich, dassdie Aufnahmeeinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung mit separatenBewegungseinrichtungen versehen sind, die unabhängig voneinander bewegt werdenkönnen.In diesem Fall wird die Inspektionsbahn so festgelegt, dass sowohlfür dieAufnahmeeinrichtung als auch fürdie Beleuchtungseinrichtung je eine separate Inspektionsbahn vorgegebenwird, wobei beide Inspektionsbahnen zeitlich aufeinander abgestimmtsind. Entsprechendes gilt fürden Fall, dass mehrere Aufnahmeeinrichtungen, Beleuchtungseinrichtungenund/oder Inspektionseinheiten vorgesehen sind.
    [0010] DiePlanung der Inspektionsbahn kann die Planung der Bewegungsabläufe sämtlicherBewegungseinrichtungen sowie ggf. des Objektes selbst beinhalten,wenn auch dieses bewegbar ist. Dazu wird in einer besonders bevorzugten Varianteder vorliegenden Erfindung aus der Inspektionsbahn ein Bewegungsablauffür dieRelativbewegung zwischen Objekt und Aufnahmeeinrichtung und/oderBeleuchtungseinrichtung ermittelt.
    [0011] Beider Ermittlung des Bewegungsablaufs wird vorzugsweise berücksichtigt,dass die Inspektionszeit möglichstkurz und/oder der Inspektionsweg möglichst klein gehalten wird,um den Bewegungsablauf währendder Inspektion zu optimieren.
    [0012] Dadas Bild der optischen Aufnahmeeinrichtung je nach den optischenAufnahmeeigenschaften, beispielsweise der Kamerabrennweite, einenwesentlich größeren Bildausschnittals den zu inspizierenden Bereich der Oberfläche aufweisen kann, kann jedemBild der optischen Aufnahmeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindungein Inspektionsbereich innerhalb des Bildes zugeordnet werden, der während derInspektion dann von einer Bildverarbeitungssoftware ausgewertetwird.
    [0013] Dazukann insbesondere vorgesehen sein, dass anhand des Inspektionsbereichsund der Inspektionsbahn überprüft wird,ob das durch die Konstruktionsdaten definierte Objekt oder der zuinspizierende Bereich auf dem Objekt vollständig abgedeckt wird. Dies kannbeispielsweise durch eine rechnergestützte Simulation des Inspektionsverlaufsanhand der ausgerechneten Inspektionsbahnen erfolgen, wobei diein den Bildern definierten Inspektionsbereiche auf dem anhand derKonstruktionsdaten definierten Objekt markiert werden, um zu überprüfen, obtatsächlichsämtlichezu inspizierende Bereiche abgedeckt sind.
    [0014] Umeine zusätzlichemanuelle Kontrolle zu ermöglichen,kann vorgesehen werden, dass die Inspektionsbahn und/oder die aufdem Objekt definierten zu inspizierenden Bereiche auf einem Anzeigemittel,insbesondere einem Bildschirm, visualisiert werden.
    [0015] Dieerfindungsgemäße Aufgabewird auch durch ein Verfahren zur Bestimmung von zu inspizierendenBereichen einer Oberflächeauf einem dreidimensionalen Objekt aus in elektronischer Form vorliegendenKonstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten des Objekts, gelöst, wasin vorteilhafter Weise mit dem zuvor beschriebenen Verfahren kombiniertwerden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Bestimmung von zuinspizierenden Bereichen eines Objektes losgelöst von der Planung einer Inspektionsbahnanzuwenden. Erfindungsgemäß wird dabei für bestimmteBereiche auf dem Objekt vorgegeben, ob und auf welche Weise dieseBereiche inspiziert werden sollen, wobei dann während der Inspektion mit einerAufnahmeeinrichtung eine Zuordnung dieser zu inspizierenden Bereichezu den tatsächlich aufgenommenenBildern erfolgt. Dadurch wird währendder Inspektion überprüft, ob tatsächlich allezu inspizierenden Bereiche erfasst wurden. Diese Kontrolle während derInspektion lässtsich sowohl bei einer automatischen als auch bei einer manuellen Bahnplanunganwenden und stellt sicher, dass tatsächlich das gesamte Objekt erfasstwurde.
    [0016] Ineiner besonders vorteilhaften Ausführungsform dieses erfindungsgemäßen Verfahrensist vorgesehen, dass nicht zu inspizierende Bereiche und/oder aufeine bestimmte Art zu inspizierende Bereiche durch aus den Konstruktionsdatendes Objektes bestimmbare Parameter, insbesondere geometrische Formenoder Relationen, automatisch ermittelt werden. Auf diese Weise können auchsämtlichezu inspizierenden Bereiche des Objektes automatisch anhand der Konstruktionsdatenermittelt werden. Dagegen werden die Bereiche, bei denen eine sinnvolle Inspektionbeispielsweise aufgrund ihrer geometrischen Ausformung nicht möglich ist,automatisch unterdrückt,ohne dass diese Bereiche manuell ausgewählt oder gekennzeichnet werdenmüssen.Dadurch reduziert sich der manuelle Aufwand für die Auswahl der zu inspizierendenBereiche erheblich.
    [0017] Vorzugsweisekönnendie zu inspizierenden Bereiche als berechnete bzw. künstlicheBilder abgespeichert werden, die anhand der Konstruktionsdaten desObjektes erzeugbar sind. Diese künstlichen Bilderkönnendann mit den tatsächlichaufgenommenen Bildern währendder Inspektion verglichen werden. Zusätzlich ist es möglich, dieseberechneten Bilder zu visualisieren, um eine optische Überprüfungsmöglichkeitzu bieten.
    [0018] Ineiner besonderen Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Verfahrenssind die automatisch generierten, zu inspizierenden Bereiche manuell nachbearbeitbar,um Korrekturen an den automatisch generierten Inspektionsbereichenvornehmen zu können.
    [0019] ZurKontrolle kann ferner vorgesehen werden, dass die künstlichenBilder mit den zu inspizierenden Bereichen und/oder eine Visualisierungder zu inspizierende Bereiche in die tatsächlich aufgenommenen Bildereingeblendet werden.
    [0020] Umwährendder Inspektion eine genauere Zuordnung von den zu inspizierendenBereichen zu den tatsächlichenBildern zu erreichen, könnenaus den Konstruktionsdaten ermittelte Merkmale in den zu inspizierendenBereichen erfindungsgemäß mit in denaufgenommenen Bildern erkennbaren Merkmalen verglichen werden. Aufgrunddieses Vergleichs kann, sofern eine Abweichung in der Lage der Merkmaleauftritt, ggf. eine Lagekorrektur durchgeführt werden, indem die Merkmalein den zu inspizierenden Bereichen und den Bildern übereinandergeschoben werden. Durch diesen Abgleich wird die Zuordnung der zuinspizierenden Bereiche zu den tatsächlichen Bildern für den weiterenInspektionsverlauf erleichtert. Bei der Suche nach Merkmalen können nebendem aktuellen Bild auch bereits aufgenommene Bilder herangezogenwerden.
    [0021] Gemäß besondersbevorzugten Ausführungsformender beiden vorbeschriebenen Verfahren werden auch die optischenAufnahmeeinrichtungen dreidimensi onal kalibriert. Auf diese Weiseist es möglich,die Lage des aufgenommenen Objekts aus den Bildern selbst sehr genauzu ermitteln. Dies ermöglichteine Feinpositionierung anhand von in den Bildern erkennbaren Merkmalen,die mit den Merkmalen aus den Konstruktionsdaten verglichen werdenkönnen.Auf diese Weise kann also durch Vergleich der dreidimensional kalibriertenDaten mit den Konstruktionsdaten eine Feinpositionierung des Objektesdurchgeführtwerden. Diese Art der Feinpositionierung ist besonders vorteilhaft,weil dadurch sichergestellt wird, dass die zu inspizierenden Bereichekorrekt in die realen Bilder projiziert werden. Diese Gewissheitbesteht nicht, wenn beispielsweise nur die Position des zu inspizierendenObjekts durch Sensoren genau erfasst wird, da weitere Fehlerquellen,wie beispielsweise ein Verrutschen des Objektes auf der Bewegungseinrichtung,nicht zuverlässigerfasst werden.
    [0022] Besondersvorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmeeinrichtung und die Bewegungseinrichtung aufeinanderkalibriert sind. Dann sind ihre Koordinaten relativ zueinander ineinem Koordinatensystem bekannt, so dass ihre relativen Positionenjederzeit einfach und genau bestimmbar sind.
    [0023] WeitereMerkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verfahrenwerden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugauf die Zeichnung nähererläutert.Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmalefür sichoder in beliebiger Kombination Teil der vorliegenden Erfindung,unabhängigvon der Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezüge.
    [0024] Eszeigen:
    [0025] 1 schematischden Verfahrensablauf zur Planung einer Inspektionsbahn;
    [0026] 2 schematischden Verfahrensablauf zur Bestimmung von zu inspizierenden Bereicheneiner Oberflächeund
    [0027] 3 schematischein Bild mit zu inspizierenden Bereichen auf einem Objekt.
    [0028] 1 stelltschematisch ein System 1 zur Oberflächeninspektion dar, bei demgemäß dem erfindungsgemäßen VerfahrenInspektionsbahnen 2 überein als Karosse ausgebildetes dreidimensionales Objekt 3 für eine optischeAufnahmeeinrichtung 4 ermittelt werden. Dieses System istbspw. zur Lackinspektion geeignet. Es ist jedoch nicht auf die Lack- oderOberflächeninspektionvon Karossen beschränkt.Der Vorteil liegt gerade darin, dass dieses System flexibel für die verschiedenstenAnwendungen einsetzbar ist und einfach umkonfiguriert werden kann.
    [0029] Dieoptische Aufnahmeeinrichtung 4 ist in dem dargestelltenBeispiel in eine Inspektionseinheit integriert, in der mindestenseine Kamera als Aufnahmeeinrichtung 4 und mindestens eineBeleuchtungseinrichtung angeordnet sind. Die optische Aufnahmeeinrichtung 4 kannmittels einer als Roboter bzw. Manipulator vorgesehenen Bewegungseinrichtung 5 relativzu dem dreidimensionalen Objekt 3 bewegt werden, das seinerseits über eineals Förderbandausgebildete Bewegungseinrichtung 6 bewegbar ist. Dadurchkann eine Relativbewegung zwischen der optischen Aufnahmeeinrichtung 4 unddem dreidimensionalen Objekt 3 erreicht werden. Die Bewegungseinrichtungen 5 und 6 werdendurch eine gemeinsame Steuereinrichtung 7 angesteuert.
    [0030] Vondem Objekt 3 und/oder von auf dem Objekt 3 zuinspizierenden Bereichen liegen in elektronischer Form gespeicherteKonstruktionsdaten 8 vor, die insbesondere CAD-Daten einesentsprechenden dreidimensionalen Konstruktionsprogramms sind. Ausdiesen Konstruktionsdaten kann der dreidimensionale Aufbau des Objektes 3 abgeleitetwerden. Ferner sind die optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtung 4 alsKameraparameter 9 bekannt. Diese Kameraparameter 9 werdenvorzugsweise mithilfe einer automatischen Kamerakalibrierung erzeugt,welche sowohl die Abbildungseigenschaften als auch die Positionder optischen Aufnahmeeinrichtung 4 bzw. Kamera im Raumumfassen.
    [0031] DerartigeKalibrierungen könnenanhand von ortsfest an bekannten Positionen angeordneten Plattenmit Mustern, beispielsweise Punkten, automatisch erzeugt werden.Aus den bekannten Positionen und Mustern der Kalibrationsplattenwerden dabei sowohl die Abbildungseigenschaften der Kameras 4 alsauch deren Position im Raum sehr genau bestimmt. Für den Falleiner ortsfest installierten Kamera, bei der die Relativbewegungzwischen dem dreidimensionalen Objekt 3 und der fest installiertenKamera durch die dem Objekt 3 zugeordnete Bewegungseinrichtung 6 erfolgt,kann die Kalibrationsplatte auf einer eigenen Bewegungseinrichtungangebracht sein. Zur Durchführungder Kalibrierung werden dann die Bewegungseinrichtungen mit deroptischen Aufnahmeeinrichtung 4 und/oder der Kalibrationsplattein eine Kalibrationsposition gefahren, ein Bild aufgenommen unddurch eine entsprechende Kalibrationssoftware ausgewertet.
    [0032] DieKonstruktionsdaten 8 und die Kameraparameter 9 werdendurch eine Recheneinheit 10 eingelesen. Mit diesen Datenkann die Recheneinheit 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrendie Inspektionsbahnen) 2 für die optische Aufnahmeeinrichtung 4 selbsttätig ermitteln,indem eine bestimmte geometrische Relation zwischen der Aufnahmeeinrichtungund der zu inspizierenden Oberflächevorgegeben wird. Durch Vorgabe der geometrischen Relation, beispielsweisedes Abstands zwischen der zu inspizierenden Oberfläche undder optischen Aufnahmeeinrichtung 4 und/oder des Winkelszwischen der Oberflächennormalenund der optischen Achse der Aufnahmeeinrichtung 4, kannein Programm der Recheneinheit 10 anhand der elektronischenKonstruktionsdaten 8 und der Kameraparameter 9 die optimaleInspektionsbahn 2 der optischen Aufnahmeeinrichtung 4 für das Objekt 3 berechnen.Dabei könnenin den Konstruktionsdaten 8 auch Stützpunkte vorgegeben werden,die durch eine Inspektionsbahn 2 miteinander zu verbindensind.
    [0033] Beieinem System mit einer stationärenAufnahmeeinrichtung liegen die möglichenInspektionsbahnen 2 mit der Ausrichtung der Aufnahmeeinrichtungbereits fest. In diesem Fall beschränkt sich die Planung der Inspektionsbahn 2 aufdie Berechnung der Bildspur, die die optische Aufnahmeeinrichtung über dieKarosse 3 zieht. Bei beweglichen Aufnahmeeinrichtungen 4 kanndagegen die Position der Aufnahmeeinrichtung flexibel an die Oberflächenformdes zu untersuchenden Objekts 3 angepasst werden. Insbesonderebei kleineren optischen Aufnahmeeinrichtungen 4 ist esmöglich,die Inspektionsbahn frei auf der Oberfläche des Objektes 3 zu planen,da die optische Aufnahmeeinrichtung 4 mit einer großen Anzahlvon Freiheitsgraden überdas stehende oder bewegte Objekt 3 geführt werden kann.
    [0034] Beider Planung der Inspektionsbahnen 2 werden unter Ausnutzungder bekannten optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtung 4 diejeweiligen Aufnahmepositionen derart bestimmt, dass das gesamtedreidimensionale Objekt 3 oder alle vorher festgelegtenzu inspizierenden Bereiche auf dem Objekt 3 durch die aufgenommenenBilder abgedeckt werden. Dabei kann die gesamte Inspektionsbahn 2 auchaus mehreren, nicht zusammenhängendenBahnabschnitten bestehen, die durch Zwischenbahnen verbunden werden.Die Zwischenbahnen werden mit einer höheren Geschwindigkeit durchfahren,da auf diesen Zwischenbahnen keine Bildaufnahmen generiert werden.
    [0035] Ausder Inspektionsbahn 2 fürdie optische Aufnahmeeinrichtung 4 kann unter Ausnutzungvon Bewegungsinformationen 11, die die Bewegungsmöglichkeiten derBewegungseinrichtungen 5, 6 umfassen, ein Bewegungsablauffür dieRelativbewegung zwischen Objekt 3 und Aufnahmeeinrichtung 4 ermitteltwerden. Dieser Bewegungsablauf wird von der Recheneinheit 10 andie Steuereinrichtung 7 ausgegeben, die die Bewegungseinrichtungen 5, 6 steuert.Schließlichkönnenunter Berücksichtigungder Bewegungsinformationen 11 der Bewegungseinrichtung 5, 6 undden zuvor bestimmten Aufnahmepositionen der Aufnahmeeinrichtung 4 dierichtigen Zeitpunkte fürdie Aufnahme der Bilder währenddes Bewegungsablaufs der Bewegungseinrichtungen 5, 6 bestimmtwerden.
    [0036] Damitwerden bei der erfindungsgemäßen Planungeiner Inspektionsbahn 2 alle Bahnen bestimmt, die die einzelnenAufnahmeeinrichtungen 4 bzw. Kameras über das Objekt 3,beispielsweise die Karosse, ziehen müssen, damit alle zu inspizierendenBereiche des Objektes durch Bilder abgedeckt sind. Aus diesen Inspektionsbahnen 2 wirddann der Bewegungsablauf der verschiedenen Bewegungseinrichtungen 5, 6 ermittelt,beispielsweise in Form von zu fahrenden Manipulatorbahnen. Entlangdieser Manipulatorbahnen werden aus den vorher festgelegten Aufnahmepositionenauf der Inspektionsbahn die Zeitpunkte für die Bildaufnahmen der jeweiligen optischenAufnahmeeinrichtung 4 bestimmt, indem beispielsweise diezu den jeweiligen Zeitpunkten gehörenden Kamerapositionen festgelegtwerden. Dieser Bewegungsablauf wird von der Recheneinheit 10 alsSteuerungsprogramm der Steuereinrichtung 7 zugeführt, welchedann die Bewegungseinrichtungen 5, 6 automatischin die richtigen Positionen bewegt.
    [0037] Zusätzlich zuder automatischen Bahnplanung schlägt die vorliegende Erfindungein Verfahren zur Bestimmung von zu inspizierenden Bereichen 12 aufeiner Oberflächevor. Häufiggibt es auf den dreidimensionalen Objekten 3, beispielsweiseeiner Karosse, bestimmte Zonen, die nicht inspiziert werden sollen.Dies könnenbeispielsweise lackierte Flächen sein,die späterdurch Zier- oder Stoßleistenabgedeckt werden, Scheibenfalze, Biegefalze von Sicken, Seitenflächen vonkonkaven Einbuchtungen, wie z.B. Nummerschildeinbuchtungen, oderRandbereiche von Blechkanten oder dgl. sein.
    [0038] Derartigenicht zu inspizierende Bereiche 13 sind in 3 dargestellt.Dabei handelt es sich um einen senkrechten Holmen und eine horizontalenAnbringflächefür eineStoßleisteauf einer Karosse 3. Diese nicht zu inspizierenden Bereiche 13 können ausden Konstruktionsdaten 8 anhand ihrer geometrischen Formund ihrer Erscheinung automatisch ermittelt werden. Diese nichtzu inspizierenden Bereiche 13 werden auf dem Objekt 3 vorgegeben.Gleiches gilt fürdie zu inspizierenden Bereiche 12, wobei während derInspektion mit einer Aufnahmeeinrichtung 4 eine Zuordnungdieser zu inspizierenden Bereiche 12 zu den tatsächlich aufgenommenenBildern erfolgt. Die Zuordnung zu den Bildern kann aufgrund derKonstruktionsdaten 8 und der bekannten Kameraparameter 9 erfolgen,so dass ein Bild 14 einer optischen Aufnahmeeinrichtung 4 sowohlzu inspizierende Bereiche 12 als auch nicht zu inspizierende Bereiche 13 aufweist.
    [0039] DieErmittlung dieser Bereiche 12, 13 wird aus denKonstruktionsdaten 8 und den die optischen Abbildungseigenschaftenund die Kamerapositionen enthaltenden Kameraparametern 9 deroptischen Aufnahmeeinrichtung 4 mit einer Recheneinheit 15 ermittelt.Dabei kann die Recheneinheit 15 mit der Recheneinheit 10 zurDurchführungder automatischen Bahnplanung identisch sein. Die Recheneinheit 15 berechnetalle währendder Inspektion aufzunehmenden Kamerabilder und bildet die zu inspizierendenBereiche 12 darin ab. Komplementär dazu gibt es in den berechnetenBildern 14 nicht zu inspizierende Bereiche 13.
    [0040] Dieautomatisch generierten, zu inspizierenden Bereiche 12 inden berechneten Bildern 14 können beispielsweise mit einemgrafischen Feineditor 17 nachbearbeitet werden. Mit demFeineditor 17 könnenauch verschiedene Inspektionszonen festgelegt werden.
    [0041] Ineinem Speicher 16 werden die von der Recheneinheit 15 ggf.unter Nachbearbeitung durch den Feineditor 17 erzeugtenBilder 14 mit den zu inspizierenden Bereichen 12 und/oderden nicht zu inspizierenden Bereichen 13 für jede Aufnahmeeinrichtung 4 abgelegt.Die Nachbearbeitung erfolgt mittels des in der Recheneinheit 15 enthaltenengrafischen Editors 17.
    [0042] Umzu überprüfen, obdurch die in der Speichereinrichtung 16 für jede Kameraabgelegten, zu inspizierenden Bereiche 12 tatsächlich diegesamte gewünschteOberflächeabgedeckt wird, gibt es in der Recheneinheit 15 ein Überprüfungsmodul 18, dasdie Abdeckung des Objekts 3 mit den zu inspizierenden Bereichen 12 überprüft.
    [0043] Umeine genaue Ausrichtung des Objektes 3 in den tatsächlich aufgenommenenKamerabildern in Übereinstimmungmit den berechneten Kamerabildern 14, in denen die zu inspizierendenund/oder die nicht zu inspizierenden Bereiche 12, 13 definiertsind, zu erreichen, wird eine Feinpositionierung des Objektes 13 durchVergleich der dreidimensional kalibrierten aufgenommenen Bildermit den Konstruktionsdaten 8 durchgeführt. Dadurch wird erreicht,dass die berechneten Bilder 14 und die aufgenommenen Kamerabildertatsächlichdeckungsgleich aufeinanderliegen. Dies kann durch Überprüfung markantergeometrischer Formen in den aus den Konstruktionsdaten 8 berechnetenBildern 14 und den aufgenommenen Bildern erfolgen. Dadurchwird sichergestellt, dass insbesondere die zu inspizierenden Bereiche 12 inden aufgenommenen Bildern richtig definiert und von der nachfolgendenBildauswertung richtig verarbeitet werden.
    [0044] Durchdie automatische Bahnplanung und Bestimmung von zu inspizierendenBereichen, die besonders automatisch aus den Konstruktionsdaten erfolgtund währendder Durchführungder Inspektion überprüft wird,wird die Oberflächeninspektionmithilfe von optischen Aufnahmesystemen erheblich vereinfacht, da einemanuelle Konfiguration der Inspektionssystem sowie eine manuelleVorgabe von Inspektionsbahnen weitgehend entfällt.
    1 Systemzur Oberflächeninspektion 2 Inspektionsbahn 3 dreidimensionalesObjekt, Karosse 4 optischeAufnahmeeinrichtung 5 Bewegungseinrichtung,Manipulator 6 Bewegungseinrichtung,Förderband 7 Steuereinrichtung 8 Konstruktionsdaten 9 Kameraparameter,optische Abbildungseigenschaften 10 Recheneinheit 11 Bewegungsinformationen 12 zuinspizierende Bereiche 13 nichtzu inspizierende Bereiche 14 Bilder 15 Recheneinheit 16 Speicher 17 Feineditor 18 Überprüfungsmodul
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] Verfahren zur Planung einer Inspektionsbahn (2)für mindestenseine optische Aufnahmeeinrichtung (4), insbesondere eineKamera, zur Inspektion eines dreidimensionalen Objekts (3),bei dem die Aufnahmeeinrichtung (4) und das Objekt (3)mittels einer Bewegungseinrichtung (5, 6) relativzueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass aus denKonstruktionsdaten (8), insbesondere CAD-Daten und/odersensorisch ermittelten Daten, des Objekts (3) und/odereines zu inspizierenden Bereichs (12) auf dem Objekt undden optischen Abbildungseigenschaften der Aufnahmeeinrichtung (4),welche in elektronischer Form abgespeichert sind, die Inspektionsbahn(2) fürdie optische Aufnahmeeinrichtung (4) mittels einer Recheneinheit(10) selbsttätigermittelt wird, indem eine bestimmte geometrische Relation zwischender Aufnahmeeinrichtung (4) und der zu inspizierenden Oberfläche vorgegebenwird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die optische Aufnahmeeinrichtung (4) über dasstehende oder bewegte Objekt (3) geführt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass Aufnahmepositionen der Aufnahmeeinrichtung (4) derartbestimmt werden, dass das gesamte dreidimensionale Objekt (3)oder alle zu inspizierenden Bereiche (12) auf dem Objektdurch aufgenommene Bilder abgedeckt werden.
    [4] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass unter Berücksichtigungvon Bewegungsinformationen (11) der Bewegungseinrichtung (5, 6)und den Aufnahmepositionen der Aufnahmeeinrichtung (4)Zeitpunkte fürdie Aufnahme der Bilder bestimmt werden.
    [5] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Aufnahmeeinrichtung (4) eine Beleuchtungseinrichtung zugeordnetund dass die Inspektionsbahn (2) ermittelt wird, indemeine bestimmte geometrische Relation zwischen der Aufnahmeeinrichtung(4), der Beleuchtungseinrichtung und der zu inspizierenden Oberfläche vorgegebenwird.
    [6] Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass aus der Inspektionsbahn (2) ein Bewegungsablauffür dieRelativbewegung zwischen Objekt (3) und Aufnahmeeinrichtung(4) und/oder Beleuchtungseinrichtung ermittelt wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass bei der Ermittlung des Bewegungsablaufs die Inspektionszeitmöglichstkurz und/oder der Inspektionsweg möglichst klein gehalten wird.
    [8] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass jedem Bild der optischen Aufnahmeeinrichtung(4) ein zu inspizierender Bereich (12) innerhalbdes Bildes zugeordnet wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass anhand des zu inspizierenden Bereichs (12) und derInspektionsbahn (2) überprüft wird,ob das durch die Konstruktionsdaten (8) definierte Objekt(3) oder der durch die Konstruktionsdaten (8)definierte gesamte zu inspizierende Bereich (12) auf demObjekt (3) vollständigabgedeckt wird.
    [10] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Inspektionsbahn (2) und/oder dieauf einem Objekt (3) definierten zu inspizierenden Bereiche(12) auf einem Anzeigemittel, insbesondere einem Bildschirm, visualisiertwerden.
    [11] Verfahren zur Bestimmung von zu inspizierenden Bereichen(12) einer Oberflächeauf einem dreidimensionalen Objekt (3) aus in elektronischer Formvorliegenden Konstruktionsdaten (8), insbesondere CAD-Daten,des Objekts (3), dadurch gekennzeichnet, dass für bestimmteBereiche (12, 13) auf dem Objekt vorgegeben wird,ob und auf welche Weise diese Bereiche (12, 13)inspiziert werden sollen, und dass während der Inspektion mit einerAufnahmeeinrichtung (4) eine Zuordnung dieser zu inspizierendenBereiche (12) zu den tatsächlich aufgenommenen Bildernerfolgt.
    [12] Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass zu inspizierende Bereiche (12), nicht zu inspizierendeBereiche (13) und/oder auf eine bestimmte Art zu inspizierendeBereiche (12) aus den Konstruktionsdaten (8),insbesondere durch Bestimmung geometrischer Formen oder sonstiger Parameter,automatisch ermittelt werden.
    [13] Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,dass die zu inspizierenden Bereiche (12) als berechneteBilder (14) abgespeichert und/oder visualisiert werden.
    [14] Verfahren nach Anspruch 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die automatisch generierten, zu inspizierenden Bereiche (12)manuell bearbeitbar sind.
    [15] Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die berechneten Bilder (14) mit den zu inspizierenden Bereichen(12) und/oder eine Visualisierung der zu inspizierenden Bereiche(12) in die tatsächlichaufgenommenen Bilder eingeblendet werden.
    [16] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass aus den Konstruktionsdaten (8) ermittelteMerkmale in den zu inspizierenden Bereichen (2) mit inden aufgenommenen Bildern erkennbaren Merkmalen verglichen werdenund aufgrund des Vergleichs ggf. eine Lagekorrektur durchgeführt wird.
    [17] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die optische Aufnahmeeinrichtung (4)dreidimensional kalibriert ist.
    [18] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass eine Feinpositionierung des Objekts (3) im Bild durchgeführt wird.
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