專利名稱：：用于物體檢查的方法和設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種如權利要求1所述的檢查物體、特別是表面形態的方法和設備。另外本發明涉及教授該方法之后該方法的應用。
背景技術：
：已經公知了多種方法和設備來采用光學輔助裝置檢查物體表面的狀態。該表面可以經過施加傾斜光線來量化。通過這些方式，污物顆粒、不均勻性、粗糙度、加工痕跡等可被定位和量化。這取決于不同于所期望形式的異常特性形成了與被照明和陰影邊緣相關的強明亮/黑暗區域，得出三維的狀態。這種過程被充分表示為DE19716264A1所示的光線或傾斜光過程。相應的效果被表示為遮光或陰影塑形。在光線的入射角、所述表面部分的定向和位置、特別是其高度和節矩以及反射光的出射角之間總體存在一種函數關系。反射光通過例如線性或矩陣CCD傳感器的光傳感器捕捉和測量，并且由此進行數字圖像再造。這種方法最適用于;險測準時、線性和經常重新出現的偏差，例如污物顆粒或刮痕。DE3540288C2描述一種光學控制裝置，可以控制印刷電路板上的焊接結合部。焊接結合部被光線照明，并且垂直于結合部反射的光被捕捉。DE4123916C2描述一種用于實現被;險查物體的表面屬性和缺陷的動態照明和分類的方法和設備。DE19716228C2描述一種表面分析的方法和設備，其中可以確定某些刮痕和污染物。被檢查表面通過特殊光源來照明。DE19716543A1描述一種表面分析的方法和設備，其中吸收材料一皮安裝在該光源之上。DE19716493A1描述一種采用兩個光源進行表面分析的方法和設備，其中兩個光源與相應的光4企測^殳施相關。公知的方法和設備指出只可從一個優選方向檢測區別標記。例如在7片材或紙張的制造中，表示出被制造表面通過優選方向來定性。此優選的方向只可含糊地通過公知的方法和設備來確定。此外，這種設備的才交正非常昂貴，并且造成不準確的測量結果。因此，本發明當前的任務在于制備一種用于所謂新方法的設備，使其可以捕捉顆粒表面結構，而獨立于優選方向。另外，本發明的任務在于簡化該方法，并且提供一種可以結合該設備而準確校正的裝置。在專利授權之后，這種任務將通過權利要求1所述的設備來實現。另外此任務將經由獨立權利要求的需要來實現。本發明的成功實施是主要權利要求的主題。采用WO02/090952A1所述的用于特別是表面區段的物體的非接觸檢須考慮光源的優選方向的需要而造成的，這意味著光源必須被準確調節，其中光軸和入射角必須被調節，使其都位于相同的光平面內。其結果的所限定那樣，因此需要準確地配置三個光源，其中這些光源的光軸是變化和不平行的。由此，保證優選方向上的表面形態獨立于該裝置的特定取向，現在從不同方向上照明該裝置，使得測量結果不再取決于該裝置和<尤選方向的相^M立置。光源的光束軸線的入射角應該相對于被檢查的表面區段優選地在70°和10°的范圍內對準。光軸應該垂直于被檢查的表面區段對準，光束軸線趨于朝向該光軸。在所有光源最佳地照明相同表面區段的情況下，光軸應該以交叉形式相互交叉。采用這種交叉形式，所形成的中間區段將限定被檢查的實際表面區段。特別有利的是在光源的所有光束軸線在被檢查的表面區段上的一個點上交叉時來自于所有光源的輻射光直接集中在該表面區段上。來自于三個光源的三個光軸如何相互對準是相對隨意的。為了保證被檢查的表面區段的一致性照明，特別有利的是光軸以等距內部角相互對準。換言之，將具有三個相應相關的光軸的三個光源以120°的角度配置將三個光軸分開。如果照明該表面的光源包括平行光，表面狀態的特別準確測量可來自于從表面反射的顏色和/或灰度值信息。例如激光的具有實際平行光的光源是相對昂貴的。為了有效地減小相應的制造成本，因此有利的是在例如發光二極管的光源以及被4企查的表面區段之間配置光學元件，造成光線變得平行。這種光學元件例如是透鏡，或者甚至更好是菲涅耳透鏡，或者首先是包括多個透鏡以便進行所需任務的透鏡系統。捕捉來自于該表面的反射光的光傳感器應該最好配置成使其光軸相對于表面區段垂直。有利的是光傳感器的光軸以及光軸的交叉同軸進行。光源的光顏色的選擇取決于特定應用。例如，所有的光源可》丈射白光。但是，優選的設計是如果光源放射不同顏色的光，用于不同顏色光的光傳感器可相互獨立地同時檢測每種顏色的光。因此，被檢查的表面區段可以同時通過三個顏色的光照明，并且反射的光經由光傳感器捕捉。由于每個光束的方向對應于一個光的顏色，經過評價，光的測量數值可被考慮并且區分。為了能夠視覺捕捉表面區段，非常有利的是該設備包括一個或多個光源，以便實現被檢查的表面區段的總體照明。為了捕捉視覺印象，采用與捕捉地形印象的光傳感器相同的光傳感器。因此，被檢查區段地形可通過與視覺印象相同的方式檢查，而不必須對準測量設備。采用這種總體照明，被收集的測量數據和地形檢查的測量數據(其中通過傾斜光源照明相同的表面區段)可以此方式相互關聯，并且可以得出進一步的結論。由于被檢查地形的表面區段以及視覺印象的區段通過具有相同面積、相同測量比例、相同分辨率以及相同的光傳感器而相互符合，兩種測量過程只由于所使用的表面照明類型而相互不同。光源的照明性能是隨意的。對于總體光源和其它光源來說，采用相同的光照明時，可以采用特別筒單的結構。但是這些光源和總體光源必須串聯控制，使得信號不相互干涉。在總體光源顯示了不同于其它三個傾斜光源的照明性能時，特別是由于具有不同顏色，它可以與其它光源同時地觸發總體光源，這是由于不同的照明性能而對不同的光源進行不同的評價。在殼體采取手持裝置的形式時，可以特別筒單地操縱該柔性設備。這種手持裝置可接著通過使用者在被檢查表面上手動運動和定位。除了光開口之外，手持裝置應該較大程度地不透光，以便防止干擾光線侵擾。為了能夠將手持裝置方便地定位在被檢查的表面區段的確定位置上，在該裝置上包括限定、特別是平的支承表面時，這是非常有利的。采用這種支承表面，手持裝置可接著被施加在被檢查區段的限定位置上并準確定位。更重要的是，確定的照明角度和距離可被保持恒定。采用這種特殊設計配置，手持裝置應該包括支承表面側面的殼體凹口。在定位時，經由此凹口，使用者可從側部沖企查此支承表面，簡化了準確定位的過程。另外，優選的是手持裝置顯示了最少為一個、但是優選為三個平的抓握表面，使得使用者引導手持裝置。由此，該裝置的使用變得更加符合人機工程學。另外，該抓握表面可有助于將手持裝置定位在特定相對角度上。殼體還可任選地提供定位幫助，例如機械限制器，使得該設備在不同時刻定位，并且對于被檢查物體的相同測量位置來說實現高重復精度。為了進一步改善手持裝置的操作，該裝置可與例如工業PC的第二操作裝置結合使用，在該工業PC上可進行一部分控制和數據處理，指的是這將不必須通過手持裝置進行。另外，第二操作裝置可提供電力供應。在手持裝置和第二操作裝置之間存在無線數據連接時，出現了該設備的操作的進一步改進。采用這種方法，手持裝置和操作裝置之間的所需連接纜線可以變得多余。手持裝置也可提供無線能量供應，例如電池，可以在不需要笨重電纜的情況下進行電力供應。為了防止故障和錯用，手持裝置可裝備有硬件部件，例如所謂的道爾芯片。這種部件作為對操作裝置上所實現的控制和處理單元的授權控制器。只在來自于授權道爾芯片的確定識別之后，第二操作裝置可獲得控制。手持裝置可另外包括一個或多個顯示器和/或其它操作元件，例如開關。為了擴展應用領域，該設備可具有最少為一個的所謂透光裝置，透光裝置照透被檢查的表面區段。透光也可以像反射光一樣一皮同樣的光傳感器探測。因此，地形和/或一見覺檢查部件可以在這種光下#:查，而不調節測量設備，例如在紙張樣品的大理石花紋的捕捉過程中。采用這種背光裝置，被捕捉的測量數據以及地形檢查(其中相同的表面區段通過傾斜光源照明)可以是相關的方式，并且可以得出進一步的結論。由于地形檢查的表面區段以及通過背光裝置照明相互對應，它們可以相同尺寸和相同比例以及分辨率通過相同光傳感器捕捉。兩種測量的差別只在于所使用光源的性質。本發明的方法取決于準確測量被檢查的表面區段的基本思想，需要盡可能平均分布的照明。另外，為實現這樣的照明源，平均分布照明的要求越高，所需儀器的技術成本就越高。如果所述材料顯示了優選的方向要求，被檢查的表面區段的均勻照明具有更大的重要性。該方法旨在減小硬件成本，照明的偏差不等性也是可以接受的，這種不等性作為公知的干擾而被收集，并且可以計算修正數值。經過以下步驟進行4交正a)為校正工件引入確定的、一致和公知的表面屬性；b)用所需光源照明校正工件的表面區段；d)分析至少一個差別數值，其在由校正工件上測得的實際反射值和由于校正工件的公知表面屬性得知的理論反射值之間；e)作為修正數值存儲差別數值，修正數值可用于連續檢查。可以理解，根據該方法，可以收集更多或更少的差別數值。所使用的校正工件是隨意的，但是已經證明明亮的陶瓷主體非常適用于此目的。為了增加校正的精度，被檢查的表面區段可分成子區段。經過數值差別處理，對于每個子區段來確定分開的修正數值。通常大量存在的這些修正數值可以修正矩陣的方式記錄，例如逆向強度修正矩陣。ii在第二系列步驟中可有效地增強校正a)為校正工件引入確定和公知的高度結構，比如引入一個公知的幾何形校正工件，它的高度結構被光源照明并b)光傳感器從該高度結構收集反射光；從測量的實際反射數值和校正工件的公知高度結構，可以接著導出修正因數；c)記錄用于連續檢查的修正因數。在確定修正因數時，校正工件的高度結構(如果可以的話)應該通過一個以上的光源、理想地從三個光方向照明，以便再次避免材料的優選方向性能造成的變形。另外，通過此方法的變型，被捕捉的視覺印象可經由采用總體光源來才交正。本發明的兩種設計配置一皮示意表示，并且在下面進行-說明。圖1是縱向表示的設備的第一種設計配置；圖2是圖1的設備的截面圖3是縱向表示的設備的第二種設計配置；圖4是具有另外透光裝置的設備。具體實施例方式圖l縱向表示了設備Ol,該設備可以非接觸地檢查物體的表面。設備01包括具有基本結構03和殼體蓋04的可運輸殼體02。在蓋04的上側可以配置顯示器和其它用戶元件。作為手持裝置一部分的殼體02必須可以經由連接纜線05與工業PC集成。經由連接件可以交換數據，并且經由連接件電源可用于設備01。作為選擇，殼體02和工業PC之間的數據連接采用無線數據連接。在這種情況下，設備Ol包括其本身的獨立電源，例如電池。在殼體02的不透光的主要結構03中，容納三個光源，具有平支承表面18的另外特征，以確定的入射角將光束軸線與表面區段對準。光開口安裝在底部上以便接觸被檢查的表面區段。光傳感器09捕捉來自于被檢查的表面區段的反射光。光傳感器可以是矩陣-CCD芯片的形式。經過由光傳感器的探測測量數值的數據處理，可以分析出檢測表面的表面特性。手持裝置02包括支承表面18側面的機殼凹口19,以便簡化使用者對支7、表面的定位。如圖2所示，設備Ol包括三個光源06。另外，設備01也包括三個光源10，形成了總體光源，以便一起進行總體照明。三個光源06的光束軸線07相對于被檢查的表面區段以~70。的入射角a對準。另外，光源06的三個光束軸線07定位在垂直于表面區段的參考平面內。這三個參考平面在殼體02內相互之間具有120。的角度(3。因此，這些參考平面形成交叉線，該交叉線與光傳感器的光軸11同軸延伸。為了能夠在測量過程中用平行光輻射被檢查的區段，光源06將使用發光二極管12，其中來自于這些二極管的輻射光在表面區段的方向上傳遞經過包括透鏡13和14的透鏡系統。在光經過透鏡的傳遞過程中，來自于二極管的光是被平行化。為了有效控制光源06、10和光傳感器09,使用了電路板15。電路板15包括道爾芯片16，這需要手持裝置和工業PC之間的經由連接纜線05的連接的纟變權。為了可以將手持裝置02筒單定位在所需定向上，設置圍繞手持裝置周邊的抓握表面20,該抓握表面通過使用者手指抓握。在圖3中，表示設備17的第二設計概念。設備17不同于設備01之處只在于入射角a的數值，對于設備17來說具有~30°的數值。設備17的其它元件基本上是相同的。在圖4中，設備17表示成具有另外的透光裝置21，透光裝置是一個透過臺。在運輸平臺22之下，更多的光源配置在平臺23上。例如紙張樣品24的凈皮4企查物體定位在光源21和設備17之間，從而可以與地形枱r查和視覺印象同時進行透光檢查。<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權利要求1.一種用于檢查物體、特別是其表面狀態的設備(01、17)，該設備包括-可移動殼體(02)，該殼體能夠特別地在被檢查的表面上方手動定位；-至少三個光源(06)，該光源被定向，使其光束軸線相對于被檢查的表面部分成傾斜入射角；-其中光源(06)設置在殼體內，并且該光源能通過殼體(02)上的光開口(08)使得被檢查的表面部分被照射；-至少一個光傳感器(09)，該光傳感器探測從被檢查的表面部分上反射的光；-控制和處理單元，該控制和處理單元與光源(06)和光傳感器(09)連接；其特征在于其中光源被設置，以致其光束軸線在互不相同的且不平行的參考平面中經過。2.如權利要求l所述的設備，其特征在于，光源(06)的光束軸線(07)是相對于被檢查的表面部分以在從70。到10°的范圍內的傾斜入射角(0!)一皮定向。3.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，參考平面相對于被檢查的表面部分垂直定向。4.如權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征在于，參考平面在交叉線處相互交叉。5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，光源(06)的光束軸線(07)在被檢查的表面部分上的交叉點處相互交叉。6.如權利要求1-5中任一項所述的設備，其特征在于，參考平面相互之間以相同的角度(P)被定向，尤其是三個參考平面之間以120。被定向。7.如權利要求1-6中任一項所述的設備，其特征在于，光源用光照射被檢查的表面部分，其指示了平行的光路。8.如權利要求1-7中任一項所述的設備，其特征在于，至少一個光學元件(13、14);故置在光源(06)的發光體(12)和被;險查的表面部分之間，由此通過該光學元件(13、14)使得從發光體(12)中射出的光平行。9.如權利要求8所述的設備，其特征在于，光學元件是透鏡或透鏡系統(13、14)的形式。10.如權利要求1-9中任一項所述的設備，其特征在于，光源(06)的發光體是發光二極管(12)的形式。11.如權利要求1-10中任一項所述的設備，其特征在于，光傳感器(09)的光軸線(11)垂直于被檢查的表面部分定向。12.如權利要求1-11中任一項所述的設備，其特征在于，光傳感器(09)的光軸(11)和參考平面的交叉線是同軸的。13.如權利要求1-12中任一項所述的設備，其特征在于，光源輻射不同顏色的光。14.如權利要求1-13中任一項所述的設備，其特征在于，光源輻射選自白光和/或紅外光和/或紫外光的組的光，以便光傳感器可有效地檢測不同顏色的光。15.如權利要求1-14中任一項所述的設備，其特征在于，設備(Ol、17)至少包括一個具有陡峭入射角的總體光源(10)，通過光源對檢查平面的總體照明，借助光傳感器(09)可以實現視覺印象的探測。16.如權利要求15所述的設備，其特征在于，總體光源(10)具有不同于有角度地配置的光源(06)的照明性能。17.如權利要求1-15中任一項所述的設備，其特征在于，殼體(02)形成手持裝置。18.如權利要求17所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)不使得離開光開口(08)的光透過。19.如權利要求17或18所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)具有確定的支承表面(18),有助于其準確地運到被檢查的表面區段的準確位置。20.如權利要求19所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)包括支承表面(18)側面的殼體凹口(19)。21.如權利要求17-20中任一項所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)包括最少一個抓握表面，使得手持裝置容易通過使用者操縱。22.如權利要求17-21中任一項所述的設備，其特征在于，手持裝置與例如工業計算機的第二操作裝置結合使用，其中最少一部分的控制和處理單位和/或手持裝置的電力供應通過第二操作裝置來實現。23.如權利要求22所述的設備，其特征在于，無線數據連接在手持裝置(02)和第二操作裝置之間實現。24.如權利要求22或23所述的設備，其特征在于，手持裝置包括無線電源，例如電池。25.如權利要求17-24所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)內裝有一個硬件元件，這個硬件元件(16)作為對操作裝置的控制和處理單位實現部分的權限控制器。26.如權利要求17-25中任一項所述的設備，其特征在于，手持裝置(02)包括最少一個顯示器和/或一個操作元件。27.如權利要求1-26中任一項所述的設備，其特征在于，該設備包括至少一個透光源(21),使得被檢查的表面區段被照透，透過的光被光傳感器(09)探測。28.—種操作用于非接觸檢查物體、特別是其表面狀態的設備(01、17)的方法，-最少一個光源(06)，光源被對準，使其光束軸線(07)相對于被檢查的表面區段成傾斜入射角；-光源(06)在檢查過程中照明被檢查的表面區段；-其中在檢查過程中從被檢查的表面區段的反射光被光傳感器(09)探測；-光傳感器(09)探測到的測量數據通過控制和處理單位進行數據處理。29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，對于校正工件使用明亮陶瓷主體。30.如權利要求28或29所述的方法，其特征在于，祐j全查的表面區段被分成子區段，其中對于每個區段經由差別數值方法分析和儲存一個單獨的修正數值。31.如權利要求28-30中任一項所述的方法，其特征在于，修正數值以修正矩陣方式記錄，更特別是逆向強度修正矩陣的方式。32.如權利要求28-31中任一項所述的方法，其特征在于，設備(Ol、17)在4企查之前附加的以下面步驟校正a.為校正工件引入確定和公知的高度結構；b.通過所需光源(06)照明校正單元的高度結構；c.通過光傳感器(09)探測從校正工件的高度結構反射的光；'d.分析由在校正工件上測得的實際反射值和校正工件的公知表面屬性得知的理論反射值之間修正因數；e.存儲此修正因數為接下來的檢查使用。33.如權利要求32所述的方法，其特征在于，在確定修正因數的過程中，從不同的照明方向上照明校正工件的高度結構，特別是在三個光方向上照明。34.如權利要求28-33中任一項所述的方法，其中該設備(Ol、17)在檢查之前附加的以下面步驟校正a.為校正工件引入確定和公知的顏色結構和亮度結構；b.通過所需光源(06)照明校正單元的顏色結構和亮度結構；c.通過光傳感器(09)探測從校正工件的表面區段反射的光；d.分析至少一個差別數值，其在由校正工件上測得的實際顏色結構和/實際亮度結構和由于校正工件的公知表面屬性得知的理論顏色結構和/或理論亮度結構之間；e.將差別數值作為接下來檢查的修正數值存儲。全文摘要本發明涉及一種用于檢查物體、特別是其表面狀態的設備(01、17)。所述設備(01、17)包括可運輸殼體(02)，可以被手動放置在將被檢查的表面上。至少三個光源(06)，該光源對準，使其光束軸線相對于被檢查的表面區段處于一個傾斜角度上。光源(07)配置在殼體內，并且經由殼體(02)內的光開口(08)照明該表面區段。該設備(01、17)還包括至少一個光傳感器(09)，該光傳感器捕捉從表面區段反射的光，以及控制和評價單元，該控制和評價單元將光源(06)和光傳感器(09)連接。光源(06)配置成使其光束軸線(07)在不同的、不相互平行的參考平面上延伸。文檔編號G01N21/47GK101617213SQ200780049547公開日2009年12月30日申請日期2007年12月28日優先權日2007年1月9日發明者沃爾夫岡·溫霍爾德申請人:沃爾夫岡·溫霍爾德