SE508822C2 - Förfarande och anordning för mätning och kvantifiering av ytdefekter på en provyta - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 508 822 TEKNIKENS sTÅNDPUNK-r: Inom den fordonstillverkande industrin (bilindustrin) ställs idag allt högre krav på slutproduktens kvalitet, vilket har fått till följd att allt mera avancerade system för kvalitetskontroll och kvalitetsstyrning har tagits i bruk.

Såsom välbekant för fackmannen inom området, består en modern person- eller lastbil av en mångfald komponenter som härrör från olika produktionslinjer eller från olika leverantörer och som stegvis monteras ihop till ett fordon.

En del av' dessa komponenter utgörs av lackerade plåtkomponenter' vilka, i det fall att det rör sig' om synliga karosserikomponenter, i allmänhet poleras för att âstadkoma en jämn och glansig ytfinish. I vissa fall kan det även förekomma att komponenter av polymera material (olika plaster) poleras av samma anledning.

Oberoende av j. vilket skede av nwnteringsprocessen man befinner sig, uppstår ibland behovet av att kontrollera polerresultatet hos en komponent som i ett tidigare steg har polerats. Även i samband med produkt- eller processutveckling föreligger ett behov av att kunna kontrollera eller utvärdera ytbearbetningsresultat. En sådan utvärdering kan valet av exempelvis därvid vara vägledande vid ytbearbetningsutrustning, poleringsutrustning eller poleringsteknik. Även vid utveckling av nya färger och lacker är det av stor vikt att man kan sålla bort färger eller lacker i vilka det uppstår polerrosor i större utsträckning än vad som är acceptabelt. 10 15 20 25 30 35 508 822 3 Hittills har sådan kvalitetskontroll av polerade ytor i princip utförts genom manuell, visuell bedömning av polerade provbitar eller färdiga.polerade komponenter eller fordon.

En stor nackdel med sådan manuell, visuell bedömning av polerresultatet har varit att den är individberoende, d.v.s. den har endast kunnat utföras av erfaren personal med en mångårig erfarenhet av sådan bedömning.

En annan nackdel har varit att bedömningsresultaten ej har varit reproducerbara eller kvantifierbara och att resultaten dessutonl i hög grad har varit beroende av ljusförhållandena vid kontrollstationen. Den manuella, visuella bedömningen av polerresultatet har hittills mest fördelaktigt kunnat utföras utomhus och i strålande solsken.

En allmänt förekommande ytdefekt som kan uppstå i samband med ytbearbetning av olika komponenter är s.k. polerrosor.

Med "polerrosor" avses därvid, såsom tidigare nämnts, en viss typ av ytdefekter som uppstått vid polering eller annan liknande ytbearbetning, såsonxrubbing eller slipning.

Polerrosorna kan antaga flera olika former beroende på under vilka förhållanden de uppstått.

En typisk form av polerrosor yttrar sig sålunda som en s.k. holografisk bild. Med en holografisk bild förstås att bilden eller nönstret förefaller befinna sig under den polerade ytans plan när den betraktas från ett håll, medan samma bild förefaller befinna sig ovanför den polerade ytans plan när ytan betraktas från det motsatta hållet.

En annan vanligt förekommande form av polerrosor yttrar sig som ett suddigt polermönster i ytan när denna betraktas uppifrån. Ett sådant suddigt polermönster uppträder 10 15 20 25 30 35 508 822 4 vanligen tillsammans med polerrosor av den tidigare nämnda typen, d.v.s. holografiska bilder.

En tredje uttrycksform för polerrosor är skarpa, tunna repor vilka framträder tydligt när betraktelsevinkeln är vinkelrät mot reporna. Denna form av polerrosor kan uppträda ensamma eller tillsammans med polerrosor av de två ovannämnda typerna.

Gemensamt för alla olika former av polerrosor är att de är så gott som osynliga under "normala" belysnings- förhållanden, vilket försvårar detektering.

En orsak till att polerrosor uppstår är det ojämna anläggningstrycket som uppstår i olika rörelsemoment när en roterande polertrissa eller en polerduk med en roterande rörelse förs över den yta som poleras. Även slipning, rubbing, eller andra former av roterande eller oscillerande bearbetning kan ge upphov till polerrosor.

Polerrosor upptäcks otillfredsställande ofta först då det färdiga fordonet utsätts för starkt solljus, och syns bara då den polerade ytan betraktas ur en viss vinkel. Problemet är mer påtagligt vid fordon som lackats i mörka färgnyanser än för ljuslackerade fordon eftersom polerrosorna är mera framträdande på mörka ytor än på ljusa ytor. Eftersom huvuddelen av de ställen i exempelvis en monteringslinje, där ett behov av kontroll av polerresultatet föreligger är belägna inomhus har det hittills varit svårt att bestäma förekomsten av polerrosor innan fordonet varit färdigmonterat och kunnat köras ut för okulärbesiktning.

Således är det mycket svårt att fortlöpande kontrollera innan polerresultat hos individuella plåtkomponenter montering. 10 15 20 25 30 35 508 822 S Det är därför uppenbart att det sedan länge har funnits ett behov av en reproducerbar, kvantifierbar mätmetod för utvärdering av förekomsten av polerrosor eller andra likartade ytdefekter hos polerade eller på annat sätt ytbearbetade komponenter. En sådan mätmetod bör dessutom vara okänslig för de ljusförhållanden som råder vid kontrollstationen och bör förmå skilja polerrosor från vilka ej härrör från ytdefekter av andra typer ytbearbetningen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN:' Sålunda har föreliggande uppfinning som sitt syfte att tillhandahålla ett förfarande och en anordning för mätning och kvantifiering av ytdefekter på en provyta, genom»optisk registrering med påföljande bildanalys och bildbehandling.

Detta syfte uppnås genom förfarandet och anordningen enligt uppfinningen.

Förfarandet enligt uppfinningen innefattar att åtminstone två delbilder registreras med minst en kamera under belysning av en provyta med ljus från en punktljuskälla eller från en ljuskälla för parallellt ljus, på ett sådant sätt att ljusets infallsvinkel i förhållande till nämnda registrerande kameras eller kamerors placering är olika för olika delbilder. delbilderna -i en centralenhet, varvid en differensbild Därefter behandlas de registrerade framställs genom att beräkna skillnaden mellan olika delbilder. Därvid är intensiteten hos nämnda framställda differensbild proportionell mot graden av ytdefekt på provytan.

Sålunda kan man exempelvis genom att med en kamera (exempelvis en elektronisk CCD-kamera) fotografera ytan under belysning med en första och därefter med en andra ljuskälla, och att därefter i en bildanalysator 10 15 20 25 30 35 508 822 6 bildbehandla de två delbilder som erhålls, subtrahera den ena delbilden från den andra, från den d.v.s. därigenom erhållna differensbilden skilja ut polerrosorna från övriga ytdefekter som ej härrör från ytbearbetningsoperationen.

Detta beror på att det alternerande ljuset med olika infallsvinkel ger upphov till ett optiskt fenomen som yttrar sig som om de synliga polerrosorna förefaller att flytta sig fram och tillbaka när de turvis belyses av respektive ljuskälla, medan övriga förekommande defekter, härrörande från exempelvis lacken eller plåten, förefaller ligga stilla. Detta fenomen gör det nöjligt att skilja polerrosorna från andra ytdefekter vilket naturligtvis är av stor vikt för att man skall kunna lokalisera orsaken till ett eventuellt kvalitetsproblem.

Vid utövande av uppfinningen kan uëtuppställningen för anordningen varieras på flera olika sätt så länge som ljusets infallsvinkel vid belysning av provytan är olika för olika delbilder i förhållande till den registrerande kameran eller kamerorna.

Sålunda kan innefatta användning av en enda ljuskälla men två kameror, eller mätuppställningen exempelvis användning av en ljuskälla och två bilder från samma kamera tagna med kameran i två olika positioner.

En annan alternativ mätuppställning är en rörlig ljuskälla som förflyttas nællan olika positioner för att erhålla olika infallsvinkel för ljuset vid upptagning av olika delbilder. I sådana fall kombineras den rörliga ljuskällan företrädesvis med en enda, stationär kamera men kan även kombineras med en eller flera stationära eller rörliga kameror. 10 15 20 25 30 35 508 822 7 Ljuskällorna sitter fördelaktigt parvis eller i grupper om flera än två stycken och belyser provytan från sidan med en vinkel som kan variera mellan O och 90 grader. Med användning av flera lampgrupper kan provytan omväxlande belysas från flera olika vinklar i horisontalled vilket möjliggör att provytan kan belysas från flera olika håll utan att vridas eller roteras.

Under vissa förhållanden kan det vara nödvändigt eller önskvärt att förflytta eller rotera provytan mellan olika delbilder. I sådana fall kan vid upptagning av olika delbilder med olika ljusinfallsvinklar erhållas genom att provytan förflyttas i stället för att kameran eller ljuskällan förflyttas eller att flera kameror eller ljuskällor i olika positioner används. Förflyttningen eller rotationen kan åstadkommas med vilka kända rörelsemedel som helst.

Det har visat sig att det ljus som reflekteras från polerrosorna kan vara polariserat vilket i sådana fall underlättar detekteringen.

Vid upptagning av delbilder placeras kameran eller kamerorna med fördel rakt ovanför den provyta som skall mätas och fokuseras företrädesvis på polerrosorna vilka oftast inte har bildplanet i provytans plan.

Oberoende av vilken mätuppställning som används kan ljuskälla respektive kamera kalibreras genom att en diffus yta (t.ex. ett vitt papper) placeras på provytans tänkta plats.

Olika linssystem, polarisatorer och färgfilter kan användas för att få polerrosorna att framträda tydligare på delbilderna och differensbilden. Optisk filtrering med färgfilter kan därigenom på den slutgiltiga 10 15 20 25 30 35 508 822 8 exempelvis användas för att förbättra signallbrus- förhållandet för de detekterade bilderna.

Kameran eller kamerorna är företrädesvis elektroniska kameror (t.ex en CCD-kamera) enligt känd teknik. En kamera som skall användas vid utövande av uppfinningen kan förses med två bländaröppningar på var sin sida om den optiska axeln. Detta kan utföras genom att linsytan blockeras på lämpligt sätt så att endast två öppningar återstår genom vilka två bilder i taget kan registreras. En kamera som på detta sätt har utrustats med två bildupptagningsöppningar för bildregistrering kräver endast användning av en ljuskälla, vilket även är fallet om två separata kameror används.

Ljusstyrkan hos ljuskällorna och/eller kamerornas exponeringstid och bländare kan avpassas eller styras för att ge bilder med lämplig exponering. Genom att använda pulserande ljuskällor och korta exponeringstider kan inverkan av eventuellt störande ljus från omgivningen minimeras.

Med användning av noggrant avpassade inställningar enligt ovan kan differensbilder med tillräckligt god upplösning erhållas för att förekomsten av eventuella polerrosor skall kunna detekteras.

Efter att en differensbild erhållits bildbehandling enligt ovan, beräknas av bildanalysatorn en genom en yta A vilken väsentligen motsvarar storleken hos den polerros eller de polerrosor som detekterats i bildfältet.

Den samanlagda skadeytan kan exempelvis bestämmas såsom summan av alla ytor för vilka den uppmätta ljusintensiteten överstiger ett visst tröskelvärde. Även mera komplicerade matematiska formler eller samband kan användas för att uppskatta ytdefekternas omfattning. 10 15 20 25 30 35 508 822 9 Dessutom låter man bildanalysatorn beräkna ett nått på intensiteten hos polerrosen eller polerrosorna IW, vilket motsvarar summan av ljuseffekten inom skadeområdet. Genom att sätta in parametrarna A och IW i en empiriskt framtagen formel erhålls ett “betygsvärde". Den empiriska formeln har erhållits genom att anpassa mätvärden erhållna genom förfarandet enligt uppfinningen, till betyg som erhållits genom konventionell manuell, visuell bedömning. De betygsvärden som erhålls på detta sätt har visat sig överensstämma mycket väl med resultaten från manuell, visuell bedömning.

Den reflektansvariation som.är betingad av olika inneboende reflektans hos olika kulörer kräver ett kompensationsförfarande för olika kulörer~ för att jämförbara mätresultat skall erhållas.

Kameran eller kamerornas betraktelsevinkel är väsentlig för att den empiriska formeln skall ge betygsvärden som korrelerar med manuell, visuell bedömning. Den lämpliga betraktelsevinkeln måste utprovas på plats vid respektive kontrollstation.

Försök har visat att det exempelvis vid mätning på polerade ytor som lackerats med nætallic-lacker finns en största tillåten betraktelsevinkel för att det med den empiriska formeln skall kunna gå att "identifiera" polerrosor. I det fall att betraktelsevinkeln överskrider det tillåtna värdet försämras mätresultatet kraftigt då s.k. “metallic-flakes" projekteras på differensbilderna.

Det finns flera olika metoder att öka upplösning och skärpa hos delbilderna och därigenom också tydligheten hos de slutgiltiga differensbilderna som skall användas för mätning och kvantifiering av eventuella polerrosor. 10 15 20 25 30 35 508 822 10 Genom bildbehandling i en bildanalysator enligt känd teknik, kan sålunda en bakgrundsbild, d.v.s. en bild som upptagits med ljuskällan släckt, subtraheras från varje delbild.

Likaså kan varje delbild justeras med avseende på förstärkning utgående från en kalibreringsbild för aktuell kombination av kamera/ljuskälla eller på annat sätt signalbehandlas med syfte att öka detekteringsgraden för ytdefekter innan framställningen av differensbilder. Även differensbilder som erhållits genom subtraktion mellan olika delbilder kan bildbehandlas på olika sätt för att ytterligare framhäva polerrosorna. Sålunda kan man exempelvis med hjälp av s.k. korrelationsteknik tydliggöra polerrosor som återfinns vid något olika koordinater i olika delbilderu Med hjälp av medianfilter' kan smärre defekter såsom "prickar" och dylikt avlägsnas.

Den tidigare nämnda empiriska formeln eller algoritmen som används för att beräkna ett "betygsvärde", kan i stället utgöras av exempelvis ett anpassande neuronnät eller andra matematiska samband. anordningen Förfarandet och enligt tillhandahåller sålunda ett reproducerbart förfarande och uppfinningen en anordning för mätning och kvantifiering av ytdefekter såsonlpolerrosor, vilket förfarande dessutonlär väsentligen råder vid okänsligt för de ljusförhållanden som mättillfället.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med hänvisning till de bilagda figurerna, där 10 15 20 25 30 35 508 822 ll fig. 1 schematiskt illustrerar en föredragen utfiàfingsfinm1 av en anordning enligt uppfinningen, fig. 2 visar en differensbild erhållen genom förfarandet enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: På den bilagda utföringsform av anordningen 1 enligt uppfinningen varmed fig. 1 illustreras en föredragen förfarandet enligt uppfinningen kan utövas. Förfarandet enligt uppfinningen innefattar att en provyta 2 först belyses med parallellt ljus från en första punktljuskälla 3, samtidigt som en kamera 4, företrädesvis en elektronisk kamera, tar en första bild av nämnda provyta 2, varefter nämnda första punktljuskälla 3 släcks och en andra punktljuskälla 5, närliggande till och parallell med nämnda första punktljuskälla 3, belyser nämnda provyta 2 samtidigt som nämnda kamera 4 tar en andra bild av nämnda provyta 2.

Därvid är nämnda kamera 4 med fördel försedd med en bildmodifieringsenhet 6, vilken kan innefatta linser, filter, polarisatorer eller andra element, enligt känd teknik, vilka kan underlätta en påföljande bildbehandling.

De nämnda första och andra bilderna överförs till en centralenhet 7, försedd med bildanalys- och styrfunktioner, vilken både styr punktljuskällorna 3, 5 och kameran 4. I den nämnda centralenheten 7 subtraheras nämnda andra bild genom bildbehandling från nämnda första bild för att ge en differensbild där ytdefekter, såsom polerrosor, framträder med en viss intensitet svarande mot svårighetsgraden hos nämnda ytdefekter. Centralenheten 7 är med fördel anordnad så att den vid utvärdering av en erhållen differensbild förmår ange både ett mått på nämnda ytdefekters area och ett mått på nämnda ytdefekters intensitet, såsom nämnts tidigare. 10 15 20 25 508 822 12 På fig. 2 visas ett exempel på en differensbild som erhållits med hjälp av förfarandet och anordningen enligt uppfinningen. Den illustreradeedifferensbilden skall endast ses som ett exempel och en sådan differensbild kan med känd teknik visualiseras och tydliggöras på många sätt.

Den apparatur som ingår i anordningen enligt uppfinningen torde för övrigt vara välkänd för fackmän inom området och varje delkomponent för sig är kommersiellt tillgänglig utan att den uppfinningstanke som ligger till grund för föreliggande uppfinning skulle vara känd sedan tidigare.

Föreliggande uppfinning är på intet sätt begränsad till utövande enligt ovannämnda utföringsexempel eller till vad som visas på de bifogade figurerna utan kan varieras inom ramen för de bilagda patentkraven.

Sålunda behöver ej den kamera eller de kameror som används vara av elektronisk typ, såsom en videokamera (CCD), utan man kan även tänka sig att man fotograferar olika delbilder med användning av en konventionell kamera och ljuskänslig film, och att man därefter "scannar in" dessa delbilder i en bildanalysator för en separat bildbehandling.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 508 822 107355 ARG/UPH 1997-02-14 13 PATENTKRAV:

1. Förfarande för mätning och kvantifiering av ytdefekter på en provyta (2) med användning av minst en ljuskälla (3, 5), minst en kamera (4) och minst en centralenhet (7) med bildanalys- och styrfunktioner, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone två delbilder registreras med nánst en kamera (4) under belysning av nämnda provyta med parallellt ljus eller punktljus, varvid ljusets infallsvinkel, i förhållande till nämnda provyta (2) och/eller nämnda kamera (4) eller kamerors placering, är olika vid registrering av olika delbilder, varefter registrerade delbilder centralenhet (7), varefter en eller flera differensbilder behandlas i åtminstone en framställs av nämnda delbilder och nämnda differensbild eller differensbilder utnyttjas för att bestämma graden av ytdefekt på provytan (2).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda provyta (2) vid registrering av en första delbild belyses av en ljuskälla (3) placerad i en första position, och att nämnda provyta (2) vid registrering av en andra delbild belyses av en ljuskälla (5) placerad i en andra position.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, att en första delbild av nämnda provyta (2) registreras av en kamera (4) placerad i k ä n n e t e c k n a t a v en första position, och att en andra delbild av nämnda provyta registreras av en kamera (4) placerad i en andra position. 10 15 20 25 30 35 508 822 14

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda centralenhet(er) (7) utgående från nämnda differensbild(er) tillhandahåller dels mått på nämnda ytdefekters area, dels mått på nämnda ytdefekters intensitet, och att nämnda mått används för att gradera nämnda provytas (2) ytdefekter.

5. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda ytdefekter på nämnda provyta (2) väsentligen härrör från polering, rubbing eller slipning.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att provytans (2) position förändras mellan registrering av olika delbilder.

7. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a ta a v att nämnda kamera (4) samtidigt registrerar flera delbilder genom flera olika bländar- eller bildupptagningsöppningar tillhandahållna i nämnda kamera (4).

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att vid registrering av en delbild används en bildmodifieringsenhet (6) innefattande optiska linser, filter, polarisatorer eller andra element, för att underlätta en påföljande bildbehandling av registrerad(e) delbild(er).

9. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att en differensbild, innan en efterföljande gradering av ytdefekter hos nämnda provyta (2), bildbehandlas i nämnda centralenhet (7) för att underlätta graderingen. 10 15 20 25 30 35 508 822 15

10. Anordning för mätning och kvantifiering av ytdefekter på ljuskälla (3, centralenhet (7) med bildanalys- och styrfunktioner, en provyta (2) innefattande minst en 5), minst en kamera (4) och minst en a v att nämnda kamera (4) eller kameror och ljuskälla (3) eller ljuskällor (3, 5) är anordnade för att registrera åtminstone två delbilder med k ä n n e t e c k n a d infallande ljus, att nämnda för att framställa subtrahera en nämnd olika infallsvinkel för centralenhet(er) (7) är inrättad(e) minst en differensbild genom att delbild från en annan nämnd delbild, centralenhet(er) (7) utgående från nämnda differensbild(er) att tillhandahålla dels mått på nämnda och att nämnda har förmågan ytdefekters area, dels mått på nämnda ytdefekters intensitet.

11. Anordning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda kamera (4) eller kameror är försedd(a) med minst en bildmodifieringsenhet (6) innefattande optiska linser, filter, polarisatorer eller andra element som kan underlätta en påföljande bildbehandling av registrerad(e) delbild(er).

12. Anordning enligt patentkrav 10 eller 11, k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen (1) tillhandahåller rörelsemedel för att förändra provytans (2) position mellan registrering av olika delbilder.

13. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda kamera (4) är försedd med flera olika bländar- eller bildupptagnings- öppningar vilka förmår registrera delbilder med olika infallsvinkel för infallande ljus. 508 822 16

14. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda centralenhet (7) är anordnad för att bildbehandla en differensbild, innan en efterföljande gradering av ytdefekter hos nämnda provyta (2), för att underlätta graderingen.