CH659707A5 - Verfahren und schaltungsanordnung zum pruefen von gegenstaenden auf fehler anhand von binaerkodierten daten eines durch rasterabtastung erhaltenen bildsignals. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 2.

Es handelt sich um die Prüfung auf Fehler wie Brüche, Sprünge oder Flecken eines Gegenstands beispielsweise in Form einer Tablette. Die Rasterabtastung des Gegenstands kann mit einer industriellen Fernsehkamera erfolgen.

Grundsätzlich müssen Fehler wie Brüche, Sprünge oder Flecken in einem untersuchten Gegenstand wie einer Tablette in gleicher Weise festgestellt werden, unabhängig davon, wo sie sich befinden. Ein entfernt vom Rand im Innern des Gegenstands liegender Fehler kann dadurch festgestellt werden, dass er im Bildsignal einer Horizontalabtastung der Kamera einen Pegelsprung verursacht. Ein Fehler am Rand, das heisst an der Kante, die Teil der Kontur des Gegenstands ist, lässt sich aber durch Beobachtung des Bildsignals einer Horizontalabtastung auf Pegelsprünge nicht immer feststellen.

Diese Verhältnisse sollen im einzelnen beschrieben werden. Zur Ermittlung von Fehlern eines untersuchten Gegenstands ist die Verwendung einer Schaltungsanordnung bekannt, durch die eine wesentliche Pegeländerung im Abtast- bzw. Bildsignal festgestellt wird, die bei den einzelnen Abtastzeilen einer Abtastperiode auftritt, wobei beurteilt wird, ob die Anzahl der Pegeländerungen grösser als die Anzahl ist, die in gleicher Weise von der Kontur des Gegenstands herrühren.

Fig. 1 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips einer solchen Prüfschaltungsanordnung. Die Fig. 2a und 2b zeigen Videosignale, die eine den geprüften Gegenstand abtastende Kamera bei Abtastung längs den Abtastlinien (i) bzw. (ii) in Fig. 1 angibt.

In Fig. 1 ist mit 1 der Gegenstand bezeichnet, der geprüft wird. 2 ist ein Fehler im Inneren des Gegenstands, 3 ein solcher am Rand, und (i) und (ii) sind Abtastlinien einer Kamera. In Fig. 2 sind die zugehörigen Videosignale mit 6 und 8 bezeichnet. 7 ist eine jeweilige Umkehrstelle des Videosignalpegels (nachfolgend Signalflanke genannt). (Im Fall des geprüften Gegenstands kann 7 auch als Wechselpunkt zwischen einer grossen und einer kleinen Menge reflektierten Lichts oder als Wechselpunkt zwischen Licht und Schatten bzw. zwischen einem Weisswert und einem Schwarzwert bezeichnet werden.) S ist in den Fig. 2a und 2b ein Horizontalsynchronsignal.

Bei Abtastung des Gegenstands längs der Linie (i), auf der kein Fehler liegt, ergibt sich das Videosignal 6, das nur zwei, von der Kontur des Gegenstands hervorgerufene Flanken 7 zwischen einem Weisswert und einem Schwarzwert aufweist. Auf der Abtastlinie (ii) befinden sich die Fehler 2 und 3, und das zugehörige Videosignal 8 besitzt zusätzlich zu den auf der Kontur des Gegenstands beruhenden beiden Flanken 7 die beiden Flanken 7', die von einem der Fehler herrühren. Aufgrund des Unterschieds der Anzahl von Flanken kann der Fehler festgestellt werden. Wie aber der Verlauf des Videosignals 8 zeigt, kann ein Fehler am Rand des Gegenstands nicht festgestellt werden, weil er Teil der Kontur ist und im Videosignal keine auf ihn zurückzuführende Flanke auftritt.

Eine Methode zur Feststellung eines Fehlers am Rand in Form einer Abweichung von der Soll-Kontur besteht bei kreisförmigen Gegenständen darin, die Koordinaten der Kreisform zu speichern und sie mit den für die jeweiligen Koordinaten erzielten Videosignaldaten zu vergleichen, um auf diese Weise Unterschiede festzustellen und auf einen Fehler am Umfangsrand des Gegenstands zu schliessen. Je grösser eine Abweichung von der Soll-Kontur ist, desto leichter kann sie mit dieser Methode festgestellt werden, während eine lokale Änderung kaum zu ermitteln ist. Diese Methode eignet sich daher nicht zur Prüfung auf kleine Fehler am Umfangsrand, ganz abgesehen davon, dass bei dieser Methode die Grösse des Gegenstands eine Rolle spielt und dementsprechend Änderungen der Grösse jeweils berücksichtigt werden müssen. Da die Koordinaten einzeln verglichen werden müssen, ist eine lange Verarbeitungszeit notwendig und ein Speicher zur Speicherung der Koordinaten erforderlich, was zu einem nachteiligen Kostenanstieg führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die mit geringem Kostenaufwand durchführbar bzw. herstellbar sind und Fehler als Teil der Kontur in gleicher Weise wie Fehler im Inneren festzustellen gestatten, die Verarbeitungszeit verringern, so dass die Prüfung gleichzeitig mit der Abtastung eines Bildes abgeschlossen ist, und die keinen Speicher speziell für die Speicherung der Koordinaten benötigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens einer Prüfung auf Fehler,

Fig. 2a, b Videosignale, die bei der Abtastung längs den in Fig. 1 gezeigten Abtastlinien auftreten,

Fig. 3a-c eine Darstellung zur Erläuterung des erfin-dungsgemässen Verfahrens,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltbild eines konkreten Beispiels der Kom-paratoren 13,14 in Fig. 4,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm von Signalen der Schaltung von Fig. 5 und

Fig. 7 eine Darstellung einer bestimmten Anwendung der Erfindung.

Fig. 3a stellt den Fall einer vertikalen Rasterabtastung eines untersuchten Gegenstands 1, der keinen Fehler am Rand aufweist, dar. Bei einer Abtastung längs der in Fig. 3 a gezeigten Abtastlinie tritt im Videosignal an den den Punkten a und b entsprechenden' Stellen eine Flanke auf, die beim Punkt a einen Signalwechsel vom Schwarzwert zum Weisswert und beim Punkt b einen solchen vom Weisswert zum Schwarzwert bringt.

Fig. 3b zeigt den Fall einer vertikalen Rasterabtastung eines untersuchten Gegenstands 1, der am Umfangsrand einen Fehler 3 aufweist. In diesem Fall tritt bei Abtastung längs der gezeichneten Abtastlinie an den den Punkten a und b und ausserdem an den den Punkten c und d entsprechenden Stellen im Videosignal eine Flanke auf, von denen die Flanken entsprechend den Punkten c und d auf den Fehler 3 zurückzuführen sind. Bei der dem Punkt c entsprechenden Flanke wechselt das Videosignal vom Weisswert zum Schwarzwert, bei dem Punkt d vom Schwarzwert zum Weisswert. Diese von dem Fehler hervorgerufenen Flanken an den Punkten c und d sind damit gerade umgekehrt wie die von dem normalen Umfangsrand herrührenden Flanken an den Punkten a und b. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache kann der Fehler am Umfangsrand des Gegenstands ermittelt werden.

Normalerweise wird ein zu Prüfzwecken einer Rasterabtastung unterzogener Gegenstand aber horizontal, nicht vertikal abgetastet. Es ist daher notwendig, ein auf dem beschriebenen Prinzip beruhendes Prüfverfahren für eine Horizontalabtastung zu finden. Dieses Verfahren soll anhand von Fig. 3c erläutert werden.

In Fig. 3 c ist x eine erste Horizontalabtastlinie, y die darauf folgende zweite Horizontalabtastlinie und z die weiterhin folgende dritte Horizontalabtastlinie. Für jede dieser Abtastlinien werden die Signalpegel des zugehörigen Videosignals an speziellen, einander entsprechenden Bildelementstellen A, B und C festgestellt, und miteinander verglichen, um so aus der Art der auftretenden Flanken aufgrund des obigen Prinzips einen Fehler zu ermitteln. Die Anzahl der einzelnen Bildelemente an den Stellen A, B und C, die miteinander verglichen werden, kann abhängig von der Grösse eines zu suchenden Fehlers festgelegt werden.

Die Erfindung soll nun anhand einer Ausführungsform einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Schaltungsanordnung beschrieben werden.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung. In Fig. 4 ist 9 ein mit einer Fernsehkamera verbundener Videosignaleingang. 10 ist ein Binärkodierer, 11 und 12 sind Schieberegister, 13 und 14 sind Komparatoren, 15 ist der Ausgang des Kom-parators 13 und 16 ist der Ausgang des Komparators 14. Im Binärkodierer 10 wird das von einer nicht gezeigten Fernsehkamera stammende und am Eingang 9 anliegende Videosignal mit einem bestimmten Schwellenwert verglichen und dadurch in binärkodierte Daten umgesetzt. Die binärkodierten Daten werden dem ersten Schieberegister 11 eingegeben, dessen Kapazität für die Daten einer Horizontalabtastperiode ausreicht, und dort verschoben. Das aufgrund dieser Verschiebung auftretende Ausgangssignal des ersten Schieberegisters 11 wird dem zweiten Schieberegister 12, dessen Kapazität gleich der des ersten ist, eingegeben und dort verschoben. Von einander entsprechenden Stufen beider Schieberegister (beispielsweise den drei Stufen QA, QB und QC) werden die Daten entnommen und zum Zwecke des Vergleichs dem Komparator 13 eingegeben. Bezogen auf Fig. 3c entspricht dies dem Vergleich des Pegels der Videosignale dreier horizontal beabstandeter Bildelemente an der Stelle A der Abtastzeile x und dreier horizontal beabstandeter Bildelemente an der Stelle B der Abtastlinie y.

Im Komparator 13 werden die Daten A0, B0, CO der drei Bildelemente vom Schieberegister 11 mit den Daten Al, B1, Cl der drei Bildelemente vom Schieberegister 12 verglichen, und, wenn zwischen ihnen ein Pegelsprung vorhanden ist, die ersteren Daten also zum Beispiel dem Weisswert und die letzteren dem Schwarzwert entsprechen, dann erzeugt der erste Komparator 13 ein Ausgangssignal an seinem Ausgang 15 und setzt den zweiten Komparator 14 in Betrieb. Im Komparator 14 werden nach Ablauf einer Horizontalabtastperiode seit dem Vergleich im ersten Komparator 13 die Daten von drei Bildelementen des ersten Schieberegisters 11 mit den Daten von drei Bildelementen des zweiten Schieberegisters 12 verglichen. Bezogen auf Fig. 3c bedeutet dies, dass ein Pegelvergleich stattfindet hinsichtlich dreier horizontal beabstandeter Bildelemente an der Stelle B der Abtastlinie y und dreier horizontal beabstandeter Bildelemente an der Stelle C der Abtastlinie z. Wenn dabei ein Pegelsprung festgestellt wird, also beispielsweise die ersteren Daten dem Schwarzwert und die letzteren dem Weisswert entsprechen, dann erzeugt der zweite Komparator 14 ein Ausgangssignal an seinem Ausgang 16, welches die Tatsache der Feststellung eines Fehlers anzeigt.

Bei der obigen Beschreibung sind drei Bildelemente als Einheit für den Pegelvergleich gewählt, es kann aber abhängig von der Grösse eines festzustellenden Fehlers eine beliebige Anzahl von Bildelementen als Pegelvergleichseinheit gewählt werden.

Fig. 5 ist ein Schaltbild eines konkreten Ausführungsbeispiels der Komparatoren 13 und 14 in Fig. 4. In Fig. 5 sind mit 22 und 23 gegeneinander verriegelte Schalter, mit 24 und 40 UND-Glieder mit je drei Eingängen, mit 25 und 41 NOR-Glieder mit je drei Eingängen, mit 26 und 42 UND-Glieder mit je zwei Eingängen und mit 27 und 28 JK-Flipfiops bezeichnet.

Die Arbeitsweise der Schaltung von Fig. 5 soll nun unter der Annahme beschrieben werden, dass bei einer Signalflanke zwischen Weisswert und Schwarzwert dem Weisswert der Wert 1 und dem Schwarzwert der Wert 0 zugeordnet sind.

In Fig. 5 seien die Schalter 22 und 23 von der gezeichneten Stellung in die entgegengesetzte Stellung umgeschaltet. Wenn die oberen Bildelementdaten Al, B1 und Cl den Wert 1 und die unteren Bildelementdaten A0, B0 und CO den Wert 0 haben, dann hat das Ausgangssignal des UND-Glieds 24 den Wert 1, und auch das Ausgangssignal des NOR-Glieds 25 hat den Wert 1, so dass das Ausgangssignal des UND-Glieds 26 den Wert 1 hat und das JK-Flipflop 27 gesetzt wird. Dieser Zustand entspricht der Feststellung einer Signalflanke vom Weisswert zum Schwarzwert. Das Ausgangssignal QD des Flipflops 27 erscheint am Löscheingang des JK-Flipflops 28 und hebt dessen Löschzustand auf, so dass das Flipflop 28 arbeitet. Nach Ablauf einer Horizontalabtastperiode hiernach hat, wenn die oberen Bildelementdaten Al, B1 und Cl den Wert 0 und die unteren Bildelementdaten A0, B0 und CO den Wert 1 besitzen, das Ausgangssignal des UND-Glieds 40 den

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Wert 1, das Ausgangssignal des NOR-Glieds 41 den Wert 1 und das Ausgangssignal des UND-Glieds 42 den Wert 1, so dass das Flipflop 28 gesetzt wird. Dieser Zustand bedeutet, dass eine Signalflanke vom Schwarzwert zum Weisswert gefunden wurde. Nachdem also zunächst eine Flanke vom Weisswert zum Schwarzwert gefunden wurde, wurde als zweites eine solche vom Schwarzwert zum Weisswert festgestellt, das heisst es wurde ein Fehler ermittelt.

Wenn die Schaltarme der beiden verriegelten Schalter 22, 23 nicht an die mit den Bildelementdaten Al, A0, B1 bzw. B0 beaufschlagten Kontakte geschaltet sind, dann erstreckt sich die Prüfung auf jeweils ein einziges Bildelement pro Abtastlinie, mit anderen Worten es werden die Daten von zwei vertikal angeordneten Bildelementen miteinander verglichen, so dass irgendein sich vom Rand des untersuchten Gegenstands in dessen Inneres erstreckender Fehler selbst dann festgestellt wird, wenn er in der Grösse einem Bildelement entspricht. Wenn nur der Schalter 22 nicht an die den Bildelementdaten AI bzw. A0 entsprechenden Kontakte geschaltet ist, kann ein nach innen gehender Fehler entsprechend der Grösse von zwei Bildelementen oder mehr erfasst werden. Wenn die Schaltarme beider verriegelter Schalter 22,23 auf die mit den Bildelementdaten Al, A0, B1 bzw. B0 beaufschlagten Kontakte geschaltet sind, kann ein Fehler erfasst werden, der nach innen geht und dessen Grösse drei Bildelementen oder mehr entspricht. Mit dem Schaltzustand der Schalter 22,23 kann also die Empfindlichkeit der Fehlererfassung nach der Grösse eines Fehlers eingestellt werden, das heisst es kann die Erfassung von Fehlern in der Grösse ab einem Bildelement aufwärts, solche in der Grösse ab zwei Bildelementen aufwärts oder solche in der Grösse ab drei Bildelementen aufwärts vorgewählt werden.

Da bei dieser Art der Prüfung ein Wechsel zwischen Weisswert und Schwarzwert anhand von Daten entsprechend vertikal angeordneter Bildelemente zur Ermittlung eines Fehlers festgestellt werden, kann bei einem kreisförmigen Prüfgegenstand ein Fehler am Rand des Kreises oder in seinem Inneren in gleicher Weise erfasst werden.

Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm von Signalen an verschiedenen Stellen der Schaltung von Fig. 5. Darin bezeichnet HSYC ein Synchronsignal der Horizontalabtastung einer Fernsehkamera. Ein Bild wird synchron mit diesem Synchronsignal nacheinander von oben nach unten abgetastet. CLOCK bezeichnet ein Taktsignal mit einer festen Periodendauer, welches am Takteingang der Schieberegister 11,12 in Fig. 4 anliegt. Synchron mit diesem Taktsignal werden die binärkodierten Daten sequentiell verschoben. Signale A0, B0, CO sind vom Taktsignal CLOCK sequentiell verschobene binärkodierte Daten des dem Eingang von der Kamera gelieferten Bildsignals, die um einen Schritt (ein Bildelement) gegeneinander verschoben sind. Die Signale AI, Bl, Cl sind die entsprechenden Signale, nachdem die Signale A0, B0 und CO um eine Horizontalabtastperiode verschoben wurden. Betrachtet man A0, B0, CO und AI, Bl und Cl zum gleichen Zeitpunkt, dann handelt es sich um die Daten von jeweils drei aneinander anschliessenden Bildelementen in einer oberen und einer unteren Abtastlinie. QD ist das Ausgangssignal des Flipflops 27 in Fig. 5, das eine Flanke S1 aufweist, wenn sich anhand der Signale AI, Bl, Cl und A0, B0, CO ein Wechsel des Bildsignals vom Weisswert zum Schwarzwert ergibt. DEFEKT ist das Ausgangssignal des Flipflops 28 in Fig. 5, das eine Flanke S2 besitzt, wenn sich aus den Signalen AI, Bl, Cl und A0, B0, CO ein Wechsel vom Schwarzwert zum Weisswert ergibt, nachdem das Ausgangssignal QD den logischen Wert 1 angenommen hat. Diese Flanke S2 zeigt an, dass ein Fehler festgestellt wurde. CLEAR ist ein Signal zum Löschen des letzten Prüfergebnisses vor dem Beginn der nächsten Prüfung.

Da bei der Prüfung gemäss der Erfindung die Daten von einem durch Abtastung gewonnenen Bild in Verikalrichtung betrachtet werden, können Fehler festgestellt werden, die in Vertikalrichtung gegenüber dem vom Umfang des abgetasteten Gegenstands hervorgerufenen Signal Wechsel einen weiteren Signalwechsel verursachen. Dies gilt nicht nur für Fehler, die einen solchen Signalwechsel sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung verursachen, wie dies etwa für Fehler innerhalb eines kreisförmigen bzw. runden Gegenstands der Fall ist, sondern auch für Fehler, die als Teil der Kontur eines kreisförmigen bzw. runden Gegenstands in horizontaler Richtung anzusehen sind, also Fehler, die sich an den Umfang anschliessen.

Darüberhinaus kann solch ein Fehler, der einen Fehler im Inneren einschliesst, erfasst werden. Da die Verarbeitung allein durch Verschieben der Daten für eine horizontale Abtastperiode bewirkt wird, reicht als Verarbeitungszeit die Bildaufnahmeperiode für ein Bild aus, so dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit nicht weiter berücksichtigt zu werden braucht.

Da bei diesem Prüfsystem die Umfangskoordinaten des Gegenstands selbst nicht benötigt werden, hat eine Vergrösse-rung oder Verkleinerung oder eine Verschiebung des Gegenstands innerhalb des Kameraabtastfeldes keinen Einfluss auf die Prüfung.

Der Prüfgegenstand braucht nicht kreisförmig, sondern kann auch elliptisch sein, und die vorliegende Erfindung kann zur Fehlerermittlung bei jedem Gegenstand eingesetzt werden, solange er symmetrisch ist und durch eine konvexe Kurve gebildet ist. Ein Prüfgegenstand mit einer gemäss Fig. 7 vertikal verlaufenden linearen Kontur 43 wird auf Unebenheiten Di, D2 geprüft, die eigentlich nicht vorhanden sein sollten. Hierdurch wird es möglich, die Linearität zu überprüfen. Im Fall der Erfassung eines konvexen Fehlers werden Schwarz und Weiss des abgetasteten Bildes umgekehrt, so dass die konvexe Form in eine konkave Form geändert wird. Daher kann solch ein Fehler mit dem erfindungsge-mässen Verfahren erfasst werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

659707 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Prüfen von Gegenständen auf Fehler anhand von binärkodierten Daten eines durch Rasterabtastung des Gegenstands erhaltenen Bildsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die binärkodierten Daten wenigstens zweier aufeinanderfolgender Abtastperioden gesondert gespeichert werden, dass der einer vorgegebenen Bildelementposition des Rasters entsprechende Datenwert aus einer ersten Abtastperiode mit dem entsprechenden Datenwert einer zweiten Abtastperiode verglichen wird und dass auf der Grundlage der Datenwerte von wenigstens drei aufeinanderfolgenden Abtastperioden im Abtastraster ein einen Fehler anzeigendes Signal erzeugt wird, wenn der Vergleich der Datenwerte einer ersten und einer darauf folgenden zweiten Abtastperiode einen Unterschied ergibt und der Vergleich der Datenwerte der zweiten Abtastperiode und einer darauf folgenden dritten Abtastperiode ebenfalls einen Unterschied zwischen den verglichenen Datenwerten ergibt.

2. Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Prüfung von Gegenständen auf Fehler anhand von binärkodierten Daten eines durch Rasterabtastung des Gegenstands mittels einer Bildaufnahmevorrichtung gewonnenen Bildsignals, gekennzeichnet durch eine Speicheranordnung (11, 12) zur gesonderten Speicherung der binärkodierten Daten von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Abtastperioden des Abtastrasters, durch eine Leseanordnung zum Lesen des einer vorgegebenen Bildelementposition des Rasters entsprechenden Datenwerts aus der ersten Abtastperiode und des entsprechenden Datenwerts aus der zweiten Abtastperiode und durch eine Vergleichsanordnung (13,14) zum Vergleich der gelesenen entsprechenden Datenwerte, wobei auf der Grundlage der Datenwerte von wenigstens drei aufeinanderfolgenden Abtastperioden im Abtastraster auf das Vorliegen eines Fehlers aufgrund unterschiedlicher entsprechender Datenwerte geschlossen wird, wenn der binärkodierte Datenwert in einer speziellen Bildelementposition des Rasters bei einer ersten Abtastperiode verschieden von dem binärkodierten Datenwert in der entsprechenden Bildelementposition des Rasters bei der folgenden zweiten Abtastperiode ist und der binärkodierte Datenwert in der entsprechenden Bildelementposition des Rasters bei der weiter folgenden dritten Abtastperiode verschieden von dem binärkodierten Datenwert in der entsprechenden Bildelementposition des Rasters bei der vorangegangenen zweiten Abtastperiode ist.