WO2013020542A1 - Verfahren und vorrichtung zur sicheren detektion von materialfehlern in transparentem werkstoff - Google Patents

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Wolfgang Ullrich
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Grenzebach Maschinenbau GmbH
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    • G01N21/8901—Optical details; Scanning details
    • G01N21/8903—Optical details; Scanning details using a multiple detector array

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for checking and detecting transparent or semitransparent objects such as sheet glass and / or plastic products on scratches, foreign inclusions or the like material defects that cause a change in the refractive index in the material.
  • EP 1 288 651 B1 discloses a device or a corresponding method for determining optical defects, in particular the refractive power in large-area panes, of a transparent material such as glass by means of an evaluation of the observed image.
  • This device comprises a light source for projecting a defined pattern of regular sequences, the sequences comprising at least two different light intensities; further means for arranging the disc to be examined in the beam path of the projection and a camera, wherein sequences of the pattern are directed to pixels of the camera.
  • the object is to be achieved of specifying a device with which optical errors can be determined in at least one dimension of a disk.
  • the light source is a luminous wall formed as a luminous matrix which consists of a plurality of selectively, preferably row and / or column controllable LEDs.
  • the device according to the invention or the corresponding method is based on the object of presenting a device and a method with which all possible errors that can occur in transparent material, in particular glass, can be reliably detected and typed.
  • the user should always be aware that the safety of the operation of the device or of the method is ensured.
  • Device for the reliable detection of material defects in a continuously produced strip of transparent material by means of the examination of a transverse to the conveying direction, observed in transmitted light and reflected light, strip of a strip of this material characterized in that it comprises the following features: a) a fastening - Portal (11) in the width of the to be tested
  • the transparent material serves as a carrier of line scan cameras (9), the line scan cameras (9) cover this width completely with respect to their detection range and the material band by means of a linear light source (5) with a constant luminous flux and an adjacent linear light source (6) with oscillating luminous flux is continuously illuminated, and wherein an additional bright field illumination (8) illuminates the examined strip in reflected light, b) the attachment portal (11) additionally serves as a carrier of further line scan cameras (14) whose optical axes are slightly inclined to that of the line scan cameras (11), whereby the
  • Line scan cameras (1) cover the stated width completely with respect to their detection range, the line scan cameras (1) observing a grating (7) which is located on the surface of the illuminant (6) and wherein the strip under investigation is illuminated by a dark field illumination (2). is illuminated in reflected light, c) a device for monitoring the function of the lighting means (5,6,2,8) and the cameras (9,1)
  • the grating (7) covers the surface of the luminous means (6) with respect to its longitudinal extent only halfway.
  • a sensor which detects the speed of the band of transparent material and adapts the line frequency of the line scan cameras (9, 1) to this. or a method according to claims 4-8
  • Method for the reliable detection of material defects in a continuously produced strip of transparent material by means of the examination of a transverse to the conveying direction, observed in transmitted light and incident light, strip of a strip of this material characterized in that it has the following features: a) continuous illumination in transmitted light and incident light of the strip of transparent material with a transversely arranged to the belt line-shaped light source (6) with constant luminous flux and an adjacent, also arranged transversely to the belt light source (5) with oscillating luminous flux, and an additional bright field - lighting (8) and an additional dark field illumination (2), wherein the line - shaped illuminating means (6) has a grating (7) on the surface, b) continuous detection of a detection area extending over the width of the band of transparent material by means of line scan cameras (9 , 1), which are arranged on a fastening portal (11),
  • an operating program or a learning program for the detection and typing of material defects occurring, as well as a tutorial that offers the opportunity as error detected locations or areas in the transparent material that have a certain consistency not as their own error, but these bodies or areas to a certain extent in a learning process as unimportant.
  • the tutorial includes a function that ensures that definable areas of the strip of transparent material can be evaluated line by line according to a particular mode.
  • FIG. 2 A the illustration of the illumination via the grating 7
  • the device according to the invention makes it possible to detect and classify all manufacturing defects occurring in a transparent material passing continuously as a ribbon-like material, such as, for example, the constant flow of a float glass ribbon, as well as the independent constant control of all functional sequences. Therefore, here are for the user not only the reliable detection and the possibility of typing given, but it is always ensured the safe operation of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a functional diagram of the device according to the invention.
  • the inspection medium for example a glass strip to be tested
  • the inspection medium for example a glass strip to be tested
  • one of several line scan cameras 9 is shown by way of example as a scan sensor, which interacts with the two line-shaped light sources 5 and 6, which are shown in section, below the horizontal line 3.
  • Inspection medium in terms of their length extension modularly to a lighting level 4 composed. Together they form, so to speak, two parallel light bands of which the one arranged in a line, oscillating in their light intensity, illuminant 5, while the other arranged in a line, constant in their light intensity, illuminant 6 includes.
  • the frequency of the oscillating light intensity is preferably equal to an adjustable line frequency of the line scan camera 9, or the frequency of
  • the viewing center of the line scan camera 9 lies in the region of the delineation line of the light sources 5 and 6. If a material defect occurs, this center of view shifts from this center point position as a result of light deflection. This results in the location of the detected material error different influences on the output signal of the respective line camera 9. From the change of two consecutive signals of a line camera 9 and the additional information of the fault location, or the location in the field of the respective line scan, can be a resulting error signal from the comparison of the measured values of two related, optical channels win and a circuit arrangement for
  • FIG. 1 shows by way of example one of a number of further line scan cameras 1 which, at an angle to the
  • Row camera 9 is arranged offset, wherein the optical axis through
  • the structure here is exemplarily a grating 7 is directed, which is half-side (see Fig. 2A) on the light source 6 with constant light.
  • the bright field illumination 8, which is shown in the left-hand side of the image, serves to illuminate the scene viewed by the line scan camera 1.
  • any distortion in the transparent material leads to a change in the grating period, which can easily be detected by means of the data processing used, which will be described in detail later (see FIG.
  • bottom tins also called tin pickups
  • Such bottom tins act like a mirror on the underside of a transparent material and deliver high-contrast signals in the bright field.
  • FIG. 2B serves to explain the measuring method by means of line grating 7 on the luminous means 6.
  • the grating 7 is shown enlarged in the sequence of its characteristic line structure with respect to the width of the lines.
  • the strip-shaped area 10 sketched transversely to the individual lines of the line grating 7 represents a detail of the line grating 7 selected especially for a learning program, which extends in this area over the entire grating 7 in this area.
  • FIG. 3 shows a representation of the spatial arrangement of the device according to the invention.
  • the attachment portal 11 can be seen here in a spatial view, the number of line scan cameras 9 and the corresponding line scan cameras 1 required for this width being arranged in the upper area.
  • the bright field illumination 8 can be seen.
  • the dark field illumination 2 is concealed in this representation and therefore can not be displayed.
  • the device according to the invention has a further device for monitoring the illuminants (5, 6, 2, 8) and the line scan cameras (9, 1), which ensures that no strip of the material strip runs undetected under the attachment portal 11.
  • the sensors required for this purpose are not designated separately and their application is familiar to the person skilled in the art.
  • FIG. 4 is a structural diagram of the operating program used, or the learning program used therein for carrying out the claimed
  • this is a learning program that offers the opportunity to evaluate error-detected points or areas in the transparent material that have a certain consistency not as a real mistake, but to "learn" these places or areas in a sense, or in a learning process as unimportant to classify.
  • the lattice structure it is also not necessary in the method according to the invention for the lattice structure to have a certain regularity or even aquidistance, or to be correlated in a certain way with the number of detected pixels, as is known from the prior art
  • a video input signal 16 and a desired value 12 are processed in a specific manner by means of the learning program according to the invention, and a video output signal 26 is obtained therefrom.
  • the video output signal 26 is simultaneously supplied to a differential stage 13, where it, in accordance with the selected parameter, either added to the setpoint or from this
  • the video input signal 16 is fed by means of a setting possibility 20 delayed to an adder 25, the other input substantially to the output of the stage 15 for offset formation
  • the control of the delay stage by the software, with corresponding parameters are manually adjustable and the delay algorithm can be selected.
  • the delay stage 9 is therefore controllable, since in the method according to the invention not every small error should be "learned away", but in this case only events "learned away” are to be on the material for a longer time.
  • previous video signals are summed up and compared with the current video signal.
  • a single error is detected in this case, on the other hand, for example, 100 similar errors are not detected.
  • the circuit stage 15 is responsible for the offset formation for the next line by means of an adjustable attenuation. For example, if a detected signal has one Value from 100 to and should be the corresponding setpoint 50, the system, depending on the set parameter 14, for example, in each case in 10 - step jump or the target value 50 also reach immediately here is thus decided how fast the system learns something In contrast to this, in the case of setting 20, it is decided what is learned away, ie the parameters for the offset setting are correlated with the learning speed of the system, while parameters 12 and 20 determine which signals are not detected.
  • the circuit stage 22 (RAM) and the circuit stage 21 (width counter) with the input 17 (line start) relate to an additional function whose effect is that certain areas in a line to be tested of the examined band of transparent material treated differently than the rest of this line , Thus, for example, the edge area of the examined band, which is not used later, remain insignificant in terms of errors occurring there.
  • the payload is defined in such a case by the range between "D in” and "D out".
  • inventive operating program, or learning program the following types of errors can be detected and typed.
  • Illuminant (oscillating luminous flux)
  • Line scan camera optical distortions, pulsed light, brightfield light, dark field light

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Detektion von Materialfehlern in einem kontinuierlich erzeugten Band aus transparentem Werkstoff mittels der Prüfung eines quer zur Förderrichtung verlaufenden, im Durchlicht und Auflicht beobachteten, Streifens eines Band aus diesem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Merkmale aufweist: a) lückenloses Beleuchten im Durchlicht und Auflicht des Bandes aus transparentem Werkstoff mit einem quer zum Band angeordneten linienförmigen Leuchtmittel (6) mit konstantem Lichtstrom und einem angrenzenden, ebenfalls quer zum Band angeordneten Leuchtmittel (5) mit oszillierendem Lichtstrom, sowie einer zusätzlichen Hellfeld - Beleuchtung ( 8 ) und einer zusätzlichen Dunkelfeld - Beleuchtung (2), wobei das linienförmige Leuchtmittel (6) an der Oberfläche ein Strichgitter (7) aufweist, b) lückenloses Erfassen eines sich über die Breite des Bandes aus transparentem Werkstoff erstreckenden Erfassungsbereichs mittels Zeilenkameras (9, 1), die an einem Befestigungs - Portal angeordnet sind, c) Überwachen der Funktionen der Leuchtmittel (5, 6, 2, 8) und der Kameras (9, 1), d) ein Betriebsprogramm, bzw. ein Lernprogram zur Detektion und Typisierung auftretender Materialfehler, sowie ein Lernprogramm das die Möglichkeit bietet als Fehler detektierte Stellen oder Bereiche im transparenten Material die eine gewisse Konstanz aufweisen nicht als eigenen Fehler zu werten, sondern diese Stellen oder Bereiche gewissermaßen in einem Lernprozess als unwichtig einzustufen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur sicheren Detektion von Materialfehlern in transparentem Werkstoff
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung und Detektion von transparenten oder halbtransparenten Objekten wie flächigem Glas und / oder Kunststoffprodukten auf Kratzer, Fremdeinschlüsse oder dergleichen Materialfehler, die eine Änderung des Brechungsindex im Material bewirken.
Aus der EP 1 288 651 B1 ist eine Vorrichtung, bzw. ein entsprechendes Verfahren, zur Ermittlung von optischen Fehlern, insbesondere der Brechkraft in großflächigen Scheiben aus einem transparenten Werkstoff wie Glas mittels einer Auswertung des beobachteten Bildes bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Projizieren eines definierten Musters aus regelmäßigen Sequenzen, wobei die Sequenzen wenigstens zwei unterschiedliche Lichtintensitäten umfassen; ferner Mittel zum Anordnen der zu untersuchenden Scheibe in den Strahlengang der Projektion und eine Kamera, wobei Sequenzen des Musters auf Pixel der Kamera gerichtet sind.
Mit einer solchen als bekannt vorausgesetzten Vorrichtung soll hierbei die Aufgabe erfüllt werden, eine Vorrichtung anzugeben, mit der optische Fehler in wenigstens einer Dimension einer Scheibe ermittelbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Lichtquelle eine als Leuchtmatrix ausgebildete Leuchtwand ist die aus einer Vielzahl von selektiv, vorzugsweise zeilen - und / oder spaltenweise ansteuerbaren LEDs besteht.
Die Sequenzen müssen hierbei streng äquidistant sein und dürfen keine
Abweichungen von ihrer regelmäßigen Struktur aufweisen. Solche Abweichungen verfälschen bei diesem Verfahren das Messergebnis.
Weiter ist in der EP 1 477 793 A2 ein Verfahren, bzw. eine entsprechende
Vorrichtung, zur Erkennung von Fehlern in transparentem Material beschrieben, bei dem mit einer ersten Strahlungsquelle ein definiertes Teilvolumen des Materials bestrahlt wird und bei dem mit einer zweiten Strahlungsquelle derart Licht in das Material eingekoppelt wird, dass der Lichtweg im besagten Teilvolumen ausschließlich im Inneren des Materials verläuft. Ein Fehler wird bei diesem
Verfahren im Teilvolumen dadurch erkannt, dass
a) sowohl vom Fehler gestreutes Licht , oder
b) die vom Fehler hervorgerufene Absorption im Hellfeld und / oder c) die vom Fehler hervorgerufene Ablenkung des Lichts der ersten Strahlungsquelle
detektiert wird.
Der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem entsprechenden Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzustellen mit dem alle möglichen Fehler die in transparentem Werkstoff, insbesondere Glas, auftreten können, sicher detektiert und typisiert werden können. Zudem soll für den Anwender jederzeit erkennbar sein, dass die Sicherheit des Betriebs der Vorrichtung bzw. des Verfahrens gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1-3
Anspruch 1 :
Vorrichtung zur sicheren Detektion von Materialfehlern in einem kontinuierlich erzeugten Band aus transparentem Werkstoff mittels der Prüfung eines quer zur Förderrichtung verlaufenden, im Durchlicht und Auflicht beobachteten, Streifens eines Band aus diesem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist: a) ein Befestigungs - Portal ( 11 ) in der Breite des zu prüfenden
transparenten Werkstoffs dient als Träger von Zeilenkameras ( 9 ), wobei die Zeilenkameras ( 9 ) hinsichtlich ihres Erfassungsbereichs diese Breite lückenlos abdecken und das Werkstoff - Band mittels eines linienförmigen Leuchtmittels ( 5 ) mit konstantem Lichtstrom und eines angrenzenden linienförmigen Leuchtmittels ( 6 ) mit oszillierendem Lichtstrom lückenlos durchleuchtet wird, und wobei eine zusätzliche Hellfeld - Beleuchtung ( 8 ) den untersuchten Streifen im Auflicht beleuchtet, b) das Befestigungs - Portal ( 11 ) dient zusätzlich als Träger von weiteren Zeilenkameras ( ), deren optische Achsen zu der der Zeilenkameras ( 11 ) leicht geneigt sind, wobei auch die
Zeilenkameras ( 1 ) hinsichtlich ihres Erfassungsbereichs die genannte Breite lückenlos abdecken, wobei die Zeilenkameras ( 1 ) ein Strichgitter ( 7 ) beobachten, das sich an der Oberfläche des Leuchtmittels ( 6 ) befindet und wobei der untersuchte Streifen mit einer Dunkelfeld - Beleuchtung ( 2 ) im Auflicht beleuchtet wird, c) eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktion der Leuchtmittel ( 5,6,2,8 ) und der Kameras ( 9,1 )
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Strichgitter ( 7 ) die Oberfläche des Leuchtmittels ( 6 ) bezüglich seiner Längsausdehnung nur halbseitig bedeckt.
Anspruch 3:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor vorgesehen ist, der die Geschwindigkeit des Bandes aus transparentem Werkstoff erfasst und die Zeilenfrequenz der Zeilenkameras ( 9,1 ) hieran anpasst. bzw. einem Verfahren nach Anspruch 4-8
Anspruch 4:
Verfahren zur sicheren Detektion von Materialfehlern in einem kontinuierlich erzeugten Band aus transparentem Werkstoff mittels der Prüfung eines quer zur Förderrichtung verlaufenden, im Durchlicht und Auflicht beobachteten, Streifens eines Band aus diesem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Merkmale aufweist: a) lückenloses Beleuchten im Durchlicht und Auflicht des Bandes aus transparentem Werkstoff mit einem quer zum Band angeordneten linienförmigen Leuchtmittel ( 6 ) mit konstantem Lichtstrom und einem angrenzenden, ebenfalls quer zum Band angeordneten Leuchtmittel ( 5 ) mit oszillierendem Lichtstrom, sowie einer zusätzlichen Hellfeld - Beleuchtung ( 8 ) und einer zusätzlichen Dunkelfeld - Beleuchtung ( 2 ), wobei das linienförmige Leuchtmittel ( 6 ) an der Oberfläche ein Strichgitter ( 7 ) aufweist, b) lückenloses Erfassen eines sich über die Breite des Bandes aus transparentem Werkstoff erstreckenden Erfassungsbereichs mittels Zeilenkameras ( 9,1 ), die an einem Befestigungsportal ( 11 ) angeordnet sind,
c) Überwachen der Funktionen der Leuchtmittel ( 5,6,2,8 ) und der Kameras ( 9,1 ),
d) ein Betriebsprogramm, bzw. ein Lernprogramm zur Detektion und Typisierung der auftretenden Materialfehler, sowie ein Lernprogramm das die Möglichkeit bietet als Fehler detektierte Stellen oder Bereiche im transparenten Material die eine gewisse Konstanz aufweisen nicht als eigenen Fehler zu werten, sondern diese Stellen oder Bereiche gewissermaßen in einem Lernprozess als unwichtig einzustufen.
Anspruch 5:
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lernprogramm eine Funktion beinhaltet, die gewährleistet, dass definierbare Bereiche des Bandes aus transparentem Werkstoff zeilenweise entsprechend einem bestimmten Modus bewertet werden können.
Anspruch 6:
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors die Geschwindigkeit des Bandes aus transparentem Werkstoff erfasst wird und die Zeilenfrequenz der Zeilenkameras ( 9, 1 ) daran angepasst wird.
Anspruch 7:
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Anspruch 8:
Maschinenlesbarer Träger mit einem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird. gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen dabei im Einzelnen:
Fig.1 : ein Funktions - Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig.2 A: die Darstellung der Beleuchtung über das Strichgitter 7
Fig.2 B: eine Erläuterung zur Beleuchtung über das Strichgitter 7
Fig.3: eine Darstellung der räumlichen Anordnung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig.4: ein Struktogramm des verwendeten Lernprogramms
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einerseits die Detektierung und Typisierung aller in einem, fortwährend als bandartige Material vorbeilaufenden, transparenten Werkstoff, wie zum Beispiel dem beständigen Fluss eines Float - Glasbandes, auftretenden Fertigungsfehler, als auch die selbständige ständige Kontrolle aller Funktionsabläufe. Deshalb sind hierbei für den Anwender nicht nur die sichere Detektion und die Möglichkeit zur Typisierung gegeben, sondern es ist auch stets der sichere Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet.
Die Fig.1 zeigt ein Funktions - Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Als horizontale Linie 3 ist hier das Inspektionsmedium, zum Beispiel ein zu prüfendes Glasband skizziert. In der Mitte ist beispielhaft als Scansensor eine von mehreren Zeilenkameras 9 gezeigt, die mit den beiden, im Schnitt dargestellten linienförmigen, Leuchtmitteln 5 und 6 unterhalb der horizontalen Linie 3 zusammenwirkt.
Diese Leuchtmittel 5,6 sind entsprechend der Breite des zu beleuchtenden
Inspektionsmediums hinsichtlich ihrer Längenausdehnung modulartig zu einer Beleuchtungsebene 4 zusammengesetzt. Sie bilden gemeinsam gewissermaßen 2 parallel verlaufende Lichtbänder von denen das eine linienförmig angeordnete, in ihrer Lichtintensität oszillierende, Leuchtmittel 5 aufweist, während das andere linienförmig angeordnete, in ihrer Lichtintensität konstante, Leuchtmittel 6 beinhaltet. Die Frequenz der oszillierenden Lichtintensität ist hierbei bevorzugt gleich einer einstellbaren Zeilenfrequenz der Zeilenkamera 9, bzw. der Frequenz der
Ansteuerung eines alternativ verwendeten Scansensors. Bevorzugt ist, dass diese Frequenzen in einem ganzzahligen Vielfachen zueinander stehen.
Der Betrachtungsmittelpunkt der Zeilenkamera 9 liegt im Fall eines fehlerfreien Inspektionsmediums im Bereich der Abgrenzungslinie der Leuchtmittel 5 und 6. Bei einem auftretenden Materialfehler verschiebt sich dieser Betrachtungsmittelpunkt infolge Lichtablenkung aus dieser Mittelpunktslage. Dadurch ergeben sich am Ort des detektierten Materialfehlers unterschiedliche Einflüsse auf das Ausgangssignal der betreffenden Zeilenkamera 9. Aus der Veränderung zweier aufeinander folgender Signale einer Zeilenkamera 9 und der zusätzlichen Information des Fehlerortes, bzw. der Lage im Bereich der betreffenden Zeilenkamera, lässt sich ein resultierendes Fehlersignal aus dem Vergleich der Messwerte zweier in Bezug zueinander stehender, optischer Kanäle gewinnen und einer Schaltungsanordnung zur
Fehlererkennung und zur weiteren Signalverarbeitung zuführen.
Zusätzlich zu der gezeigten Zeilenkamera 9 ist in der Fig.1 beispielhaft eine von mehreren weiteren Zeilenkameras 1 dargestellt, die, in einem Winkel zur
Zeilenkamera 9 versetzt angeordnet ist, wobei deren optische Achse durch
denselben Betrachtungsmittelpunkt in der Materialebene wie den der Zeilenkamera 9 verläuft, jedoch auf die Struktur hier beispielhaft ein Strichgitter 7 gerichtet ist, das sich halbseitig ( gl. Fig. 2A ) auf dem Leuchtmittel 6 mit konstantem Licht befindet. Zur Beleuchtung der von der Zeilenkamera 1 betrachteten Szenerie dient die, Hellfeld - Beleuchtung 8, die in der linken Bildseite dargestellt ist.
Bilder die mit einer Dunkelfeld - Beleuchtung entstanden sind, erscheinen dem Betrachter zuerst ungewohnt. Das Licht wird dabei flach eingestrahlt, nach dem Prinzip von Einfallswinkel ist gleich Ausfallswinkel wird das gesamte Licht vom Betrachter, bzw. der Zeilenkamera 1 , weggelenkt, das Betrachtungs - Feld bleibt also dunkel. Topographische Fehler wie Schräge Kanten, Kratzer, Prägungen, Vertiefungen .Erhebungen stören den Strahlengang des Lichts. An diesen Anomalien wird das Licht zur Kamera hin reflektiert oder meistens nur gestreut. Diese
Fehlstellen erscheinen dann im Kamerabild heller als der Hintergrund. Es handelt sich bei der Glasherstellung hierbei meist um Sulfatflecken oder Top-Tins.
Wird mittels einer Kamera 1 das Strichgitter 7 beobachtet, führt jede Verzerrung im transparenten Werkstoff zu einer Veränderung der Gitterperiode, was mit Hilfe der verwendeten Datenverarbeitung, die später noch eingehend beschrieben wird ( vgl. Fig. 4 ) leicht detektiert werden kann.
Mit der Kamera 9 können in Verbindung mit der, in der linken oberen Bildhälfte dargestellten, Hellfeld - Beleuchtung 8 wichtige Informationen für die Detektion von sog. Bottom Tins ( oder auch Tin Pickups genannt ) gewonnen werden. Solche Bottom Tins wirken an der Unterseite eines transparenten Werkstoffs wie ein Spiegel und liefern im Hellfeld kontrastreiche Signale. Durch die Kombination der beiden Kanäle Sensor 1 (Zeilenkamera) und Sensor 9(Zeilenkamera), können Fehler die durch die Struktur 7 (Strichgitter) verdeckt werden, durch die erfindungsgemäße Anordnung erkannt.
In der Fig. 2A ist die Darstellung der Erfassung der Beleuchtung mittels einer
Zeilenkamera 1 in Verbindung mit dem Strichgitter 7 gesondert herausgezeichnet. Hier ist deutlich zu erkennen, dass das Strichgitter 7 lediglich die Hälfte des
Flächenbereichs des Leuchtmittels 6 einnimmt und neben dem Leuchtmittel 5 angeordnet ist. Die Zeilenkamera 1 ist gesondert über dem Strichgitter 7 skizziert. Die Fig. 2B dient der Erläuterung des Messverfahrens mittels Strichgitters 7 auf dem Leuchtmittel 6. Hier ist das Strichgitter 7 in der Abfolge seiner charakteristischen Linienstruktur bezüglich der Breite der Linien vergrößert herausgezeichnet. Der quer zu den einzelnen Linien des Strichgitters 7 skizzierte streifenförmige Bereich 10 stellt einen speziell für ein Lernprogramm ausgewählten Ausschnitt des Strichgitters 7 dar, der sich in dieser Form in diesem Bereich über das gesamte Strichgitter 7 hinzieht.
Die Fig.3 zeigt eine Darstellung der räumlichen Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Befestigungs - Portal 11 ist hier in räumlicher Ansicht zu erkennen, wobei im oberen Bereich die für diese Breite benötigte Anzahl von Zeilenkameras 9 und den entsprechenden Zeilenkameras 1 angeordnet sind. Neben dem
linienförmigen Leuchtmittel 5 und dem weiteren linienförmigen Leuchtmittel 6 ist die Hellfeld - Beleuchtung 8 zu erkennen. Die Dunkelfeld - Beleuchtung 2 ist in dieser Darstellung verdeckt und deshalb nicht darstellbar.
Da die Geschwindigkeit des Bandes an transparentem Werkstoff das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hindurch läuft wichtig ist für den Betrieb der
Zeilenkameras, ist im Bereich des Befestigungs - Portals 11 ein diesbezüglicher Geschwindigkeits - Sensor vorgesehen, dessen Ausgangssignal der Steuerung der Anlage zugeführt wird. Dieser Sensor ist nicht gesondert bezeichnet.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine weitere Vorrichtung zur Überwachung der Leuchtmittel ( 5,6,2,8 ) und der Zeilenkameras ( 9,1 ) auf, die sicherstellt, dass kein Streifen des Materialbandes ungeprüft unter dem Befestigungs - Portal 11 hindurch läuft. Die zu diesem Zweck benötigten Sensoren sind nicht gesondert bezeichnet und deren Anwendung ist dem Fachmann geläufig.
In der Fig. 4 ist ein Struktogramm des verwendeten Betriebsprogramms, bzw. dem darin verwendeten Lernprogramms zur Durchführung der beanspruchten
Verfahrensschritte dargestellt.
Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um ein Lernprogramm das die Möglichkeit bietet als Fehler detektierte Stellen oder Bereiche im transparenten Material die eine gewisse Konstanz aufweisen nicht als eigentlichen Fehler zu werten, sondern diese Stellen oder Bereiche gewissermaßen„ wegzulernen„, bzw. in einem Lernprozess als unwichtig einzustufen. Als Beispiel wird zu diesem Zweck auf das Strichgitter 7 verwiesen, das ohne das erfindungsgemäße Lernprogramm regelmäßig als aterialfehler gewertet werden würde, jedoch erfindungsgemäß als konstante Struktur erkannt wird und deshalb nicht als Materialfehler detektiert wird.
Aus diesem Grund ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht notwendig, dass die Gitterstruktur eine bestimmte Regelmäßigkeit oder sogar Aquidistanz aufweisen muss, oder auf bestimmte Weise mit der Anzahl der erfassten Pixel korreliert sein muss, wie das bei aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren bekannt ist. Denn die Gitterstruktur wird ohnehin programmtechnisch als solche erkannt, egal wie genau diese Struktur in der Praxis ausgestaltet ist.
Prinzipiell werden mittels des erfindungsgemäßen Lernprogramms ein Video - Eingangssignal 16 und ein Sollwert 12 in einer bestimmten Weise bearbeitet und daraus ein Video - Ausgangssignal 26 gewonnen. Das Video - Ausgangssignal 26 wird gleichzeitig einer Differenzstufe 13 zugeführt, wo es, jeweils entsprechend dem gewählten Parameter, entweder mit dem Sollwert addiert oder von diesem
subtrahiert wird
In der Verzögerungsstufe 19 wird das Video - Eingangssignal 16 mittels einer Einstellmöglichkeit 20 verzögert einem Addierer 25 zugeführt, dessen anderer Eingang im Wesentlichen mit dem Ausgang der Stufe 15 zur Offsetbildung
verbunden ist und zu einem neuen Video - Ausgangssignal aufsummiert wird.
Hierbei erfolgt die Steuerung der Verzögerungsstufe durch die Software, wobei entsprechende Parameter manuell einstellbar sind und der Verzögerungsalgorithmus gewählt werden kann. Die Verzögerungsstufe 9 ist deswegen steuerbar, da in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht jeder kleine Fehler„weggelernt" werden soll, sondern es sollen hierbei nur Ereignisse„weggelernt" werden die für längere Zeit auf dem Material sind. Es werden hierbei somit vorhergehende Video - Signale aufsummiert und mit dem aktuellen Video - Signal verglichen. Ein einzelner Fehler wird hierbei detektiert, andererseits werden zum Beispiel 100 gleichartige Fehler nicht, detektiert. Es herrscht hier die Maxime: Alles was gleich ist wird herausgefiltert, alles was nur kurzzeitig ( ,2,3 oder 4 Scans ) auftritt wird original, das heißt ohne eine Signalveränderung, durchgelassen und detektiert.
Die Schaltungsstufe 15 ist für die Offset - Bildung für die nächste Zeile mittels einer einstellbaren Dämpfung zuständig. Weist zum Beispiel ein detektiertes Signal einen Wert von 100 auf und soll der entsprechende Sollwert 50 betragen, so kann das System, je nach eingestelltem Parameter 14, zum Beispiel jeweils in 10 - er Schritten springen oder den Sollwert 50 auch sofort erreichen Hier wird somit entschieden wie schnell das System etwas„weglernt", wobei im Gegensatz hierzu bei der Einstellung 20 entschieden wird, was weggelernt wird. Die Parameter für die Offset - Einstellung sind also mit der Lerngeschwindigkeit des Systems korreliert, die Parameter 12 und die Einstellung 20 bestimmen dagegen welche Signal nicht detektiert werden.
Da das erfindungsgemäße System„weglernt" was konstant ist, egal wo es auftritt, werden auch Toleranzen ausgeglichen die durch Veränderungen infolge
Wärmeentwicklung oder Druckveränderungen entstehen. Deshalb ist das System auch generell gegenüber Veränderungen im Betrieb unempfindlich und in
besonderer Weise betriebssicher.
Die Schaltungsstufe 22 ( RAM ) und die Schaltungsstufe 21 ( Breitenzähler ) mit dem Eingang 17 ( Zeilenstart ) betreffen eine Zusatzfunktion deren Wirkung darin besteht, dass bestimmte Bereiche in einer zu prüfenden Zeile des untersuchten Bandes aus transparentem Werkstoff anders behandelt werden als der Rest dieser Zeile. So kann zum Beispiel der Randbereich des untersuchten Bandes, der später nicht genutzt wird, hinsichtlich dort auftretender Fehler unbeachtlich bleiben. Der Nutzbereich wird in einem solchen Fall definiert durch den Bereich zwischen„ D in„ und„D out".
Mittels der erfindungsgemäßen optischen Konfiguration und dem
erfindungsgemäßen Betriebsprogramm, bzw. Lernprogramm, können folgende Fehlertypen detektiert und typisiert werden.
1) Blasen und Einschlüsse durch Dunkelfeld - Beleuchtung und Impulslicht 5 und Konstantlicht 6
2) Knoten ( nicht aufgeschmolzene Materialpartikel ) mittels den Zeilenkameras 1 und der Hellfeld - Beleuchtung 8,
3) Zinn - Fehler ( Tin Pickup.Top Tin ( kalt oder heiß ) mittels den Zeilenkameras 9 und Impulslicht 5 und Konstantlicht 6,
4) Sulfat - Fehler Bezugszahlen liste Zeilenkamera für Gitterreferenz und Dunkelfeldlicht Dunkelfeldbeleuchtung
Glasband ( Inspektionsmedium )
Beleuchtungsebene
Leuchtmittel ( oszillierender Lichtstrom )
Leuchtmittel ( konstanter Lichtstrom )
Strichgitter
Hellfeld - Beleuchtung
Zeilenkamera ( optische Verzerrungen, Impulslicht, Hellfeldlicht.Dunkelfeldlicht )
Ausschnitt für Lernprogramm
Befestigungs - Portal ( Grundrahmen )
Parameter, Sollwert
Differenzstufe
Parameter, Dämpfung
Offset - Bildung für nächste Zeile mit Dämpfung Video - Eingangssignal
Zeilen - Start
D in ( Zeile mit Dämpfung Eingang )
Verzögerungsstufe
Einstellung eines Verzögerungsalgorithmus Breitenzähler
RAM ( Adresse )
D out
Offset
Addierer
Video - Ausgangssignal

Claims

Patentansprüche
Anspruch 1 :
Vorrichtung zur sicheren Detektion von Materialfehlern in einem kontinuierlich erzeugten Band aus transparentem Werkstoff mittels der Prüfung eines quer zur Förderrichtung verlaufenden, im Durchlicht und Auflicht beobachteten, Streifens eines Band aus diesem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Merkmale aufweist: d) ein Befestigungs - Portal ( 11 ) in der Breite des zu prüfenden
transparenten Werkstoffs dient als Träger von Zeilenkameras ( 9 ), wobei die Zeilenkameras ( 9 ) hinsichtlich ihres Erfassungsbereichs diese Breite lückenlos abdecken und das Werkstoff - Band mittels eines linienförmigen Leuchtmittels ( 5 ) mit konstantem Lichtstrom und eines angrenzenden linienförmigen Leuchtmittels ( 6 ) mit oszillierendem Lichtstrom lückenlos durchleuchtet wird, und wobei eine zusätzliche Hellfeld - Beleuchtung ( 8 ) den untersuchten Streifen im Auflicht beleuchtet,
e) das Befestigungs - Portal ( 11 ) dient zusätzlich als Träger von weiteren Zeilenkameras ( 1 ), deren optische Achsen zu der der Zeilenkameras ( 11 ) leicht geneigt sind, wobei auch die
Zeilenkameras ( 1 ) hinsichtlich ihres Erfassungsbereichs die genannte Breite lückenlos abdecken, wobei die Zeilenkameras ( 1 ) ein Strichgitter ( 7 ) beobachten, das sich an der Oberfläche des Leuchtmittels ( 6 ) befindet und wobei der untersuchte Streifen mit einer Dunkelfeld - Beleuchtung ( 2 ) im Auflicht beleuchtet wird, f) eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktion der Leuchtmittel ( 5,6,2,8 ) und der Kameras ( 9,1 )
Anspruch 2:
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Strichgitter ( 7 ) die Oberfläche des Leuchtmittels ( 6 ) bezüglich seiner Längsausdehnung nur halbseitig bedeckt. Anspruch 3:
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sensor vorgesehen ist, der die Geschwindigkeit des Bandes aus transparentem Werkstoff erfasst und die Zeilenfrequenz der Zeilenkameras ( 9,1 ) hieran anpasst.
Anspruch 4:
Verfahren zur sicheren Detektion von Materialfehlern in einem
kontinuierlich erzeugten Band aus transparentem Werkstoff mittels der Prüfung eines quer zur Förderrichtung verlaufenden, im Durchlicht und Auflicht beobachteten, Streifens eines Band aus diesem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Merkmale aufweist: e) lückenloses Beleuchten im Durchlicht und Auflicht des Bandes aus transparentem Werkstoff mit einem quer zum Band angeordneten linienförmigen Leuchtmittel ( 6 ) mit konstantem Lichtstrom und einem angrenzenden, ebenfalls quer zum Band angeordneten Leuchtmittel ( 5 ) mit oszillierendem Lichtstrom, sowie einer zusätzlichen Hellfeld - Beleuchtung ( 8 ) und einer zusätzlichen Dunkelfeld - Beleuchtung ( 2 ), wobei das linienförmige Leuchtmittel ( 6 ) an der Oberfläche ein Strichgitter ( 7 ) aufweist, f) lückenloses Erfassen eines sich über die Breite des Bandes aus transparentem Werkstoff erstreckenden Erfassungsbereichs mittels Zeilenkameras ( 9,1 ), die an einem Befestigungsportal ( 11 ) angeordnet sind,
g) Überwachen der Funktionen der Leuchtmittel ( 5,6,2,8 ) und der Kameras ( 9, 1 ),
h) ein Betriebsprogramm, bzw. ein Lernprogramm zur Detektion und Typisierung der auftretenden Materialfehler, sowie ein Lernprogramm das die Möglichkeit bietet als Fehler detektierte Stellen oder Bereiche im transparenten Material die eine gewisse Konstanz aufweisen nicht als eigenen Fehler zu werten, sondern diese Stellen oder Bereiche gewissermaßen in einem Lernprozess als unwichtig einzustufen.
Anspruch 5:
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lernprogramm eine Funktion beinhaltet, die gewährleistet, dass definierbare Bereiche des Bandes aus transparentem Werkstoff zeilenweise entsprechend einem bestimmten Modus bewertet werden können.
Anspruch 6:
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels eines Sensors die Geschwindigkeit des Bandes aus transparentem Werkstoff erfasst wird und die Zeilenfrequenz der Zeilenkameras ( 9, 1 ) daran angepasst wird.
Anspruch 7:
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
Maschinenlesbarer Träger mit einem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
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