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Dokumentenidentifikation DE69732295T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000917649
Titel VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM FESTSTELLEN VON OBERFLÄCHENFEHLERN
Anmelder Centre de Recherche Industrielle du Quebec, Ste-Foy, Quebec, CA
Erfinder GAUTHIER, Pierre, Boisbriand, CA
Vertreter Weickmann & Weickmann, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69732295
Vertragsstaaten AT, DE, DK, ES, FI, FR, GB, IT, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.08.1997
EP-Aktenzeichen 979353992
WO-Anmeldetag 08.08.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/CA97/00563
WO-Veröffentlichungsnummer 0098007023
WO-Veröffentlichungsdatum 19.02.1998
EP-Offenlegungsdatum 26.05.1999
EP date of grant 19.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G01N 21/89(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01N 33/46(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Detektion von Oberflächendefekten, und insbesondere eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zur kontaktfreien Erfassung frei liegender Defekte auf der Oberfläche von Gegenständen, die durch eine Transportvorrichtung, wie etwa einem mechanischen Förderer, getragen werden.

BESCHREIBUNG DER HERKÖMMLICHEN TECHNIK

In den vergangenen Jahren sind viele Systeme zum Detektieren von Obenflächendefekten auf Gegenständen für Sortier- oder Verarbeitungsvorgänge, die herkömmlich durch Sichtprüfung durch einen Menschen durchgeführt wurden, vorgeschlagen wurden. Diese Systeme sind besonders bei Herstellungsstrecken nützlich, um die Produktionsrate und die Produktqualität zu verbessern. Ein Beispiel eines herkömmlichen Systems zum optischen Prüfen von gesägtem Nutzholz auf Fehler ist im US-Patent Nr. 4,827,142, ausgegeben am 02.05.1989 an Hatje, offenbart, wobei das System eine Lichtquelle verwendet, die einen Lichtstrahl in eine Ebene im rechten Winkel zu einer Längsrichtung des Nutzholzes ausrichtet, um eine Linienabtastung eines Querbereichs der Nutzholzoberfläche durchzuführen. Vorgesehen ist ein Förderer, um ein Nutzholz in der Längsrichtung zur längsweisen Prüfung zu bewegen und zu führen. Eine in der Lichtquellenebene angeordnete optische Detektionsvorrichtung ist vorgesehen, um Fehler in dem Nutzholz durch Helligkeitsänderungen in dem vom beleuchteten Teil reflektierten Lichtstrahl zu detektieren, um in Antwort auf diese Helligkeitsänderung Informationssignale zu erzeugen. Ein Computer, der die Informationssignale empfängt, ermittelt jeweilige Positionen der Fehler auf dem Nutzholz, um diese in einem Computerspeicher zu speichern. Bei diesem herkömmlichen System, das eine rechtwinklige Beleuchtung verwendet, sind die Anwendungen allgemein auf die Detektion sichtbarer Oberflächendefekte eingeschränkt, die zu benachbarten Oberflächenbereichen im Kontrast stehende charakteristische Defektzonen zeigt, wie etwa Knoten, Wurzeln oder Rotfäule, die detektierbare Helligkeitsveränderungen in dem reflektierten Lichtstrahl hervorrufen, ohne einen spezifischen Hinweis auf den Typ des involvierten Defekts bereitzustellen. Darüber hinaus ist dort, wo die Anwendungen die Detektion geometrischer Oberflächendefekte erfordern, wie etwa Fehlkanten, Löcher, Rauhigkeiten oder fehlende Holzzonen, eine rechtwinklige Beleuchtung allgemein nicht ausreichend.

Im US-Patent Nr. 5,229,835, ausgegeben am 20.07.1993 an Reinsch, wird eine optische Überwachungsvorrichtung zum Messen der Rauigkeit einer Oberfläche beschrieben, welche eine optische Quelle umfasst, die einen optischen Abtaststrahl mit einem spitzen Winkel zu einer Oberfläche hin sendet, deren Rauigkeit überwacht werden soll. Es wird dafür gesorgt, dass das reflektierte Licht einen optischen Sensor erreicht, der ein Ausgangssignal mit einer fluktuierenden Konfiguration erzeugt, die im Wesentlichen zum Profil der abgetasteten Oberfläche passt. In einer nachfolgenden Verstärkerstufe wird ein resultierendes Signal parallel zur Amplituden- und Ortsfrequenz-Analaysatorvorrichtungen geschickt. Die Amplitudenanalysatorvorrichtung erzeugt ein Ausgangssignals, dessen Amplitude ein quadratischer Mittelwert von Amplitudenänderungen des resultierenden Signals ist, wobei das Ausgangssignal die Höhe der Buckel auf der Oberfläche repräsentiert. Andererseits erzeugt die Ortsfrequenz-Analysatorvorrichtung ein Ausgangssignal, dessen Magnitude ein Mittelwert der Ortsfrequenz ist, die den Abstand zwischen den Buckeln auf der Oberfläche charakterisiert. Eine Prozessorschaltung ist vorgesehen, um aus den Amplituden und Frequenzsignalen ein quantitatives Maß der Oberflächenrauigkeit herzuleiten. Jedoch hat diese Vorrichtung keine Fähigkeiten zum Detektieren und Dimensionsvermesser lokalisierter geometrischer Oberflächendefekte, wie etwa Fehlkanten oder Löcher im Nutzholz.

Im US-Patent Nr. 4,162,126, ausgegeben am 24.07.1979 an Nakagawa et al., ist eine Prüfvorrichtung offenbart, die Defekte auf einer Oberfläche eines Objekts, wie etwa gebrochene Hohlräume, Risse und Nadellöcher klassifizieren und auswerten kann. Die Vorrichtung umfasst Beleuchtungsquellen zum Richten gebündelter Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Objekts aus zumindest zwei entgegengesetzten und schrägen Richtungen, sowie einen Lichtsensor, der auf gestreutes Licht reagiert, das von der Oberfläche in einer davon orthogonalen Richtung reflektiert, um ein sensiertes Signal zu erzeugen, das einer Oberflächenzustandsmessung entspricht. Gemäß einer ersten Detektionsfunktion wird das sensierte Signal durch einen ersten Grenzwertpegel, der höher ist als ein Durchschnittspegel des sensieren Signals, erkannt, und irgendein sensiertes Signal mit einem zugeordneten Wert, der höher ist als der erste Grenzwert, wird einem Oberflächenmuster zugeordnet, das als gebrochener Kavitäts-Defekt klassifiziert wird.

Gemäß einer zweiten Detektionsfunktion wird das sensierte Signal ferner durch einen zweiten Grenzwert erkannt, das niedriger ist als der Durchschnittspegel des sensierten Signals, und irgendein sensiertes Signal mit einem zugeordneten Wert, der niedriger ist als der erste Grenzwert, wird einem Oberflächenmuster zugeordnet, das als Bruch- oder Nagellochdefekt klassifiziert wird. Eine letztendliche Unterscheidung zwischen diesen zwei Defekttypen wird durch Analyse der Beziehung zwischen der Kontur und der Länge oder der Fläche des defekten Musters erhalten. Während jedoch eine direkte Messung der defekten Fläche in einer Ebene, die durch die Objektoberfläche hindurch tritt, ausgeführt wird, kann das Oberflächenprofil, wie es in Richtung orthogonal zur Oberfläche gemessen wird, nicht als vollständige und genaue Darstellung des tatsächlichen Oberflächenprofils angesehen werden. Ferner können die verwendeten Grenzwerte, die durch Experimente bestimmt werden müssen, nicht so angesehen werden, dass sie zu den gewünschten Dimensionsgrenzen für Defekte, wie sie vom Bediener gesetzt werden, direkt proportional sind oder diese genau repräsentieren.

Um diese Beschränkungen zu vermeiden, sind Systeme vorgeschlagen worden, die optische Vermessungsvorrichtungen verwenden, um Oberflächenprofilmessungen vorzusehen. Ein solches System ist im US-Patent Nr. 5,083,867 offenbart, ausgegeben am 28.01.1992 an Burk, wobei das System eine monochromatische Lichtquelle aufweist, wie etwa einen Laser, um mit einem spitzen Winkel einen eine Linie bildenden Lichtstrahl auf eine Oberfläche eines zu inspizierenden Objekts zu richten, sowie eine Kamera zum Erzeugen von Bildsignalen, die das von der Oberfläche reflektierte Licht repräsentieren. In Antwort auf die Bildsignale erzeugt ein Prozessor durch Triangulationsberechnung Profildaten, die der Kontur des beleuchteten Oberflächenprofils entsprechen, wobei die Daten von dem Prozesor benutzt werden können, um bestimmte Charakteristika des Objekts zu bestimmen, wie etwa eine Oberflächeverwerfung oder andere Defekte.

Die internationale Anmeldungsschrift Nr. WO 89/08836, datiert am 21.09.1989 im Namen von Tuczek als Erfinder, ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen fehlerhafter Bereiche, wie etwa von Rissen oder Verengungen auf Werkstücken, wie etwa Pressteilen durch optische Abtastung offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung und eine optische Empfangsvorrichtung, wie etwa eine Kamera zum Aufzeichnen des beleuchteten Oberflächenbereichs, wobei die Vorrichtungen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass durch die Reflektionseigenschaften der fehlerhaften Bereiche in dem beleuchteten Oberflächenbereich, die sich von jenen ihrer Umgebung unterscheiden, ein erfasstes Bild erzeugt wird und pixelweise aufgezeichnet wird, welches die relative Magnitude der Helligkeit, wie durch die Kamera erfasst, repräsentiert. Es wird auch ein einziges Refefenzbild eines Werkstücks ohne fehlerhaften Bereich erzeugt. Das erfasste Bild wird dann mit dem einzigen Referenzbild verglichen, indem jeder Pixelwert des Referenzbilds von jedem entsprechenden Pixelwert des erfassten Bilds subtrahiert wird, wobei dieser Vorgang den fehlerhaften Bereich des Gegenstands als isolierte Gruppe von Nicht-Nullwerten erkennbar macht.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass erfolgreiche Anwendungen des bekannten optischen Vermessungssystems auf die Detektion von Oberflächendefekten unter Verwendung von bestimmter Grenzwerte oder einziger Referenzbilder allgemein auf die Prüfung von Gegenständen gekennzeichnet sind, die dadurch gekennzeichnet, sind, dass sie eine im Wesentlichen stabile Oberflächenorientierung und Position des abgetasteten Bereichs im Bezug auf ein Refefenzsystem haben, das allgemein durch den optischen Sensor definiert ist. Um jedoch in einer Nutzholzproduktions-Verarbeitungsstrecke die Produktionsrate zu maximieren, ist es vorteilhaft, Nutzholzstücke mit einem Transportförderer frei zu führen und zu fördern, so dass sie in dem Inspektionsbereich in einem frei stehenden Modus überprüft werden, ohne den Gegenstand in einer festen vorbestimmten Position auf dem Förderer zu halten, was andernfalls bei herkömmlichen Oberflächendefekt-Detektionstechniken erforderlich wäre. Ferner können die herkömmlichen Techniken keine hohe Auflösung vorsehen, die zum Detektieren geometrischer Oberflächendefekte erforderlich ist, wie etwa Fehlkanten, Hohlräume oder fehlende Holzzonen, die nicht notwendigerweise einem charakteristischen Schatten oder einer charakteristischen Farbe zugeordnet sind. Dimensionsmessungen dieser geometrischen Oberflächendefekte können allgemein mit Detektionstechniken auf Helligkeitsbasis nicht vorgesehen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion von Oberflächendefekten auf Gegenständen bereitzustellen.

Gemäß dem obigen Merkmal sieht die vorliegende Erfindung aus einem breiten Aspekt eine Vorrichtung zum Detektieren von Oberflächendefekten auf einem Gegenstand vor, der in einer Abtastrichtung gefördert wird, wie in Anspruch 1 definiert. Die Vorrichtung umfasst eine Oberflächenform-Prüfungseinrichtung zum Erhalten von Profildaten von wenigstens einer Oberfläche des Gegenstands an einem Querschnitt, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem bezogen sind. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Herleiten einer Basisreferenzkurve aus allgemeinen Regulärbereichen der Profildaten. Eine Defektdetektierungseinrichtung ist vorgesehen, um die Profildaten mit der Basisreferenzkurve zu vergleichen, um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurve zu erkennen und ein Defektausgabesignal zu erzeugen.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren von oberflächlichen Defekten auf einem Gegenstand angegeben, wie im Anspruch 13 definiert. Die Vorrichtung umfasst eine Oberflächenform-Prüfungseinrichtung zum Erhalten von Profildaten wenigstens einer Oberfläche an aufeinander folgenden Querschnitten, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem bezogen sind, wobei die Oberflächen-Prüfeinrichtung in Bezug auf die wenigstens eine Oberfläche in einer Abtastrichtung verlagerbar ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung, um aufeinander folgende Basisreferenzkurven aus allgemein gleichmäßigen Bereichen der Profildaten herzuleiten. Es ist eine Defekterkennungseinrichtung vorgesehen, die die Profildaten mit den aufeinander folgenden Basisreferenzkurven vergleicht, um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurven zu erkennen und ein Defektausgabesignal zu erzeugen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 14 definiert, wird ein Verfahren zum Erkennen von Oberflächendefekten auf einem Gegenstand angegeben, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: i) Erhalten von Profildaten wenigstens einer Oberfläche des Gegenstands an einem Querschnitt, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem bezogen sind, ii) Ableiten einer Basisreferenzkurve aus allgemein gleichmäßigen Bereichen der Profildaten; iii) Vergleichen der Profildaten mit der Basisreferenzkurve, um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurve zu erkennen; und iv) Erzeugen eines Fehlerausgabesignals.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:

1 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht eines zu prüfenden Gegenstands zeigt, der auf einem Förderer liegt, sowie eine Referenzkurve in Bezug auf ein Referenzsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht eines zu prüfenden Gegenstands zeigt, der ein defektes Oberflächenprofil aufweist, mit einer entsprechenden Referenzkurve in Bezug auf das Referenzsystem.

3 ist eine Grafik, die eine Transversal-Querschnittsansicht eines zu prüfenden Artikels zeigt, sowie eine Kurvenanpassungs-Grenzwertkurve in Bezug auf das Referenzsystem.

4 ist eine Teil-Perspektivansicht eines zu prüfenden Nutzholzstücks gemäß der vorliegenden Erfindung, das aufeinander folgend den Profilspuren auf dessen Oberfläche zeigt.

5 ist eine Grafik, die eine Querschnittsansicht eines zu überprüfenden Nutzholzstücks zeigt, das Rauigkeits- und Kavitätsdefekte aufweist, und Referenz- und Defektschwellen-Grenzwertkurven in Bezug auf das Refefenzsystem zeigt.

6 ist eine Grafik, die eine Transversal-Querschnittsansicht eines zu überprüfenden Nutzholzstücks zeigt, das durch Fehlkantenabschnitte gekennzeichnet ist, und Referenz- und Defekt-Grenzwertkurven in Bezug auf das Referenzsystem zeigt.

7 ist eine Grafik, die eine Transversal-Querschnittansicht eines zu überprüfenden Nutzholzstücks zeigt, das durch fehlendes Holz gekennzeichnet ist, um Referenz-Schwellenwertkurven in Bezug auf das Referenzsystem zeigt.

8 ist eine Teil-Perspektivansicht eines zu überprüfenden Gegenstands, der einen Oberflächeneffekt zeigt, der sich längs auf der Gegenstandoberfläche erstreckt, in Bezug auf Referenzkurven.

9 ist eine Teil-Seitenansicht einer ersten bevorzugten Ausführung in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die Formprüfeinheit darstellt, die ein einziges Kamerapaar enthält, und einen Gegenstand zeigt, der von einem Fördersystem in eine Längsabtastrichtung transportiert wird und durch die Laser- und Farblichtquellen durchleuchtet wird.

10 ist ein Blockdiagramm der Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, die das optische System zeigt, das zwei Kamerapaare enthält.

11 ist eine Teil-Perspektivansicht einer zweiten bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Oberflächenform/Farbmesseinheit darstellt, die eine Serie von Kamerapaaren und Lichtquellen enthält, und einen Gegenstand zeigt, der von einem Fördersystem in einer transversalen Abtastrichtung transportiert wird.

12 ist eine Teil-Perspektivansicht einer dritten bevorzugten Ausführung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine verlagerbare Oberflächenform/Farbmesseinheit darstellt, die entlang einer Längsabtastrichtung in Bezug auf einen zu prüfenden fest stehenden Gegenstand bewegbar ist.

13 ist ein Plot des Reflektivitätsverhältnisses auf der Y-Achse für Messungen an zwei bestimmten Wellenlängen in Bezug auf die Rauigkeitsmessung, welche die Klassifikation eines Satzes von Nutzholzstücken in drei Defektkategorien und zwei Gutes-Nutzholz-Kategorien zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Nun ist in Bezug auf 1 ein zu prüfender Gegenstand 10 in einer frei stehenden Position gezeigt, und hat entgegengesetzte Ober- und Unterflächen, die Profilspuren 12 und 14 bilden, und entgegengesetzte Seitenflächen, die Profilspuren 16 und 18 bilden, wobei die Profilspuren ein vollständiges Profil des Gegenstands 10 an einem gegebenen Querschnitt bilden. Es ist ersichtlich, dass für einen lang gestreckten Gegenstand mit einem allgemein gleichmäßigen rechteckigen Querschnitt, wie in 1 gezeigt, die Profilspuren 12, 14, 16 und 18 eine Querschnittsebene kreuzen, das durch ein X-Y-System definiert ist, wie mit der Zahl 20 angegeben, um hierdurch einen Satz von Profilkurven zu definieren, der allgemein durch Referenzkurven repräsentiert werden kann, die durch Gerade-Linie-Gleichungen definiert sind. Es versteht sich, dass Gegenstände, die eine andere Querschnittsform zeigen, gemäß der vorliegenden Erfindung geprüft werden können, vorausgesetzt, dass Referenzkurven entweder mathematisch oder empirisch definiert werden können. Im in 1 gezeigten Beispiel entspricht der oberen Profilspur 12 eine Referenzkurve 11, die im gezeigten Beispiel eine gerade Linie ist, die mathematisch wie folgt ausgedrückt werden kann: y = ax + b(1) wobei

worin a die Steigung der Linie ist und b der Wert von y bei x = 0 ist.

Angemerkt wird, dass für einen lang gestreckten Gegenstand, wie in 1 gezeigt, die Referenzkurve 11 der Profilspur 12 an ihrer spezifischen Position entlang der Länge des Gegenstands einen Nicht-Nullwinkel &agr; in Bezug auf eine Projektion 22 der X-Achse 24 bildet, was bedeutet, dass nur ein Teil der Unterfläche 14 auf einem Förderer 26 aufliegt, da der Gegenstand um seine Längsachse verdreht ist, wie es bei Holzgegenstand, wie etwa Nutzholzstücken, häufig der Fall ist. Während der Winkel &agr; die Orientierung der Referenzkurve 11 und der entsprechenden Oberfläche 12 repräsentiert, kann deren Position durch einen einzigen Punkt mit dem Koordinaten (x1, y1) in dem X-Y-System von 1 repräsentiert werden. Angemerkt wird, dass ein anderes geeignetes System, wie etwa X'-Y', wie in 1 gewählt werden kann, um die Position irgendeiner der Referenzkurven entsprechend den Profilspuren 12, 14, 16 und 18 zu repräsentieren. Wie später im näheren Detail erläutert wird, kann gemäß der vorliegenden Erfindung irgendeine von Profilspuren 12, 14, 16 und 18 abgetastet werden, um entsprechende Profilspurdaten zu erzeugen, die die Oberflächentopologie charakterisieren, wobei die Daten aus einer Serie von Punktkoordinatenmessungen entlang der Profillinie bestehen. Wie in Bezug auf 4 ersichtlich, sind eine Mehrzahl aufeinander folgender Profilspuren 32, 34 und 36 in einer parallelen Beziehung entlang einer Oberfläche 38 eines der Prüfung unterliegenden Nutzholzstücks 30 mit Abstand angeordnet. Für zuverlässige Oberflächendefekt-Detektionszwecke ist es wesentlich, Punkte auf der Oberfläche des der Prüfung unterliegendem Gegenstand zu identifizieren, die zu den fehlerfreiesten Bereichen der Oberfläche gehören, im Gegensatz zu den Defektbereichen, wie etwa jenen, die die Kavität 38 und die Fehlkante 41 aufzeigen, wobei die fehlerlosen Bereiche im Wesentlichen durch eine Gleichmäßigkeit der Oberflächenabschnitte gekennzeichnet ist.

Wie in Bezug auf den Gegenstand 10 ersichtlich, wie in 1 gezeigt, können Punkte einer Oberfläche, die zu einer entsprechenden Referenzkurve gehören, leicht identifiziert werden. Jedoch fordert für einen Gegenstand, der einen defekten Oberflächenbereich aufzeigt, wie etwa ein Nutzholzstück 42 mit einem Fehlkantenbereich 41, wie in 2, die Bestimmung einer Referenzkurve für den geraden Oberflächenbereich 44 ein bestimmtes Ableitungsverahren. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung führt eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die später im näheren Detail in Bezug auf 10 erläutert wird, einen herkömmlichen mathematischen Kurvenanpassungsalgorithmus durch, wie etwa eine lineare Regressionsmethode, unter Verwendung von Punktkoordinaten der Profilspurdaten, wie abgetastet. Wenn man alle Punkte des Oberflächenprofils berücksichtigt, würde eine Regressionsberechnung zu einer falschen Referenzkurve 46 führen, und zwar wegen der Punkte des Defektbereichs 41. Um dieses Problem zu vermeiden, wie in 3 gezeigt, berücksichtigt die lineare Regressionsberechnung nur Oberflächenpunkte des Gegenstands 49, die Koordinaten haben, die oberhalb einer vorbestimmten linearen Regressions-Grenzwertkurve 48 liegen, die eine Verschiebung &Dgr;r, wie mit den Pfeilen 51 angegeben, unterhalb einer Anfangs-Referenzkurve 50, die der Profilspur einer Oberfläche 72 entspricht, aufzeigt. Durch lineare Regression über gewählte Punkte der Profildaten kann eine resultierende Basisreferenzkurve 52 abgeleitet werden, wie in 2 gezeigt, wobei die Basisreferenzkurve 52 eine richtige Position und Orientierung in Bezug auf das X-Y-Referenzsystem 20 hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung speichert die Datenverarbeitungsvorrichtung charakteristische Information über die Basisreferenzkurve stromauf von dem der Abtastung unterliegenden Querschnitt, um die Basisreferenzkurve vorherzusagen, ohne sich ausschließlich auf die Spurdaten für den der Abtast unterliegenden Querschnitt zu verlassen. In im 3 gezeigten Beispiel können die der Anfangsreferenzkurve 50 zugeordneten Daten eine beliebige horizontale gerade Linie definieren, die an einem Oberflächenpunkt beginnt, der die höchsten Koordinate hat, für eine erste Basisreferenzkurvendaten-Ableitung, und bewirken danach eine Definition einer vorherigen Basisreferenzkurve, die durch Anpassungsableitung der vorherigen Kurve aus den Profildaten erhalten wird. In Bezug auf 4 kann dieser Prozess durch die folgenden Schritte definiert werden: a) Definieren einer Anfangsreferenzkurve 33 entsprechend dem abgetasteten Querschnitt, der die Profilspur 32 definiert, b) Definieren einer Grenzwertkurve 35, die in Bezug auf die erste Referenzkurve 33 um einen vorbestimmten Grenzwert &Dgr;r verschoben ist, wie mit den Pfeilen 31 angegeben, c) Auswählen von Elementen der Spurdaten, die höhere Werte haben als die Grenzwertkurve 35, d) Anwenden einer Kurvenanpassungsberechnung zum Ableiten der Basisreferenzkurve, die der Klarheit wegen in 4 noch nicht dargestellt worden ist, und e) Wiederholen der Schritte a) bis d), um folgende Basisreferenzkurven entsprechend einem folgenden Querschnitt abzuleiten, der Profilspuren 34 und 36 definiert, jeweils unter Verwendung von Grenzwertkurven 37 und 39.

Wendet man sich nun 5 zu, so ist dort ein zu prüfendes Nutzholzstück 54 dargestellt, das Rauigkeits- und Kavitätsdefekte aufweist. Eine Basisreferenzkurve 56, wie sie durch Kurvenanpassung erhalten ist, ist mit einer Defekt-Grenzwertkurve 58 in Bezug auf das Referenzsystem 20 gezeigt. Die Defekt-Grenzwertkurve 58 ist einem bestimmten zu detektierenden Defekt zugeordnet, und ist in Bezug auf die Basisreferenzkurve 56 und die entsprechenden Daten um einen vorbestimmten Grenzwert &Dgr;d einwärts verschoben, wie mit den Pfeilen 57 angegeben. Wie später im näheren Detail beschrieben wird, umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Defektdetektionsvorrichtung, die die Profilspurdaten und die entsprechende Basisreferenzkurve vergleicht, um eine durch eine Abweichung der Spurdaten hervorgerufenen Defekt in Bezug auf eine Basisreferenzkurve zu erkennen und um ein Defektausgabesignal zu erzeugen. Insbesondere vergleicht die Defektdetektionsvorrichtung die Spurdaten mit der Basisreferenzkurve unter Verwendung einer Defekt-Grenzwertkurve, die in Bezug auf die Basisreferenzkurve um einen vorbestimmten Grenzwert &Dgr;d einwärts verschoben ist, um Elemente der Spurdaten auszuwählen, die einer ersten spezifischen Bedingung genügen. Das Defektausgabesignal, das den ausgewählten Elementen der Profilspurdaten zugeordnet ist, kann weiter auf die Position des detektierten Defekts entlang der Profilspur hinweisen.

Zur Detektion von Oberflächendefekten, die durch die Rauigkeit eines Bereichs der der Prüfung unterzogenen Oberfläche gekennzeichnet sind, wird, als erste spezifische Bedingung, &Dgr;d ausgewählt, um alle Punkte zu wählen, deren Koordinaten im Wesentlichen über der Defekt-Grenzwertlinie angeordnet sind, durch einen Vergleich der Profildaten mit der entsprechenden Defekt-Grenzwertlinie, um hierdurch Oberflächenpunkte auszuschließen, die tieferen Defekten zugeordnet sind, wie etwa der Kavität 60. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wird für einen gegebenen Querschnitt das Defektausgabesignal immer dann erzeugt, wenn:

worin:

xi einen Abweichungswert eines gewählten Datenelements i unter gewählten Datenelement der Spurdaten von der Basisreferenzkurve repräsentiert,

wobei i = l, n;

n eine Gesamtzahl gewählter Elemente ist; und

R ein vorbestimmter Rauigkeits-Grenzwert ist.

In einem Fall, wo aufeinander folgende Querschnitte abgetastet werden, wird immer dann das Defektausgabesignal erzeugt, wenn:

wobei xi,j einen Abweichungswert eines gewählten Datenelements i unter gewählten Datenelementen der Spurdaten von der Basisreferenzkurve für einen Querschnitt j der aufeinander folgenden Querschnitte repräsentiert,

wobei i = l, nj und j = l, m;

nj eine Gesamtzahl der gewählten Elemente für den Querschnitt j ist;

m die Zahl des aufeinander folgenden Querschnitts ist; und

R ein vorbestimmter Rauigkeits-Grenzwert ist.

Um eine Kavitätsdetektion vorzusehen, kann eine zugeordnete Defektgrenzwertlinie auf der Basis eines richtigen Werts von &Dgr;d verwendet werden. Im in 5 gezeigten bestimmten Beispiel wird eine einzige Defektgrenzwertkurve vorgeschlagen, die sowohl für die Rauigkeits- als auch Kavitätserkennung verwendet wird. Für die Erkennung der Kavität 60 wählt die Vorrichtung alle Punkte, deren Koordinaten im Wesentlichen unter der Defektgrenzwertkurve 58 angeordnet sind, durch Vergleich der Profilspurdaten mit der entsprechenden Defektgrenzwertkurve 58. Um eine Zuordnung eines normalen Oberflächenrisses zu einem Kavitätsdefekt zu vermeiden, kann eine bestimmte Bedingung erfordern, dass eine Gesamtzahl der gewählten Elemente höher ist als ein vorbestimmter Kavitätsgrenzwert für die Profilspur. Es versteht sich, dass eine weitere Datenverarbeitung vorgesehen werden kann, wie etwa die Ableitung der Anzahl von Kavitäten entlang einer Oberflächenspur oder entlang eines vollständig abgetasteten Gegenstands.

Die vorliegende Erfindung ist ferner zum Erkennen von in einem Nutzholz aufgefundener geometrischer Oberflächendefekte zu detektieren, wie etwa Fehlkanten oder fehlendes Holz. In Bezug auf 6 zeigt ein Nutzholzstück 60 Fehlkantenbereiche 62 und 64 an Außenrändern der Profilspur. Auch befindet sich auf einer Oberfläche des Nutzholzstücks 60 eine Kavität 66. Um Fehlkanten an beiden Randbereichen des Nutzholzstücks 60 richtig zu detektieren, werde eine Basisreferenzkurve 68 und eine Defektgrenzwertkurve 69 gemäß der zuvor erläuterten Methode abgeleitet, unter Verwendung eines vorbestimmten Grenzwerts &Dgr;d, wie mit den Pfeilen 70 angegeben. In diesem Fall fordert die spezifische Bedingung, die erfüllt werden muss, um Fehlkanten zu detektieren, dass die Elemente der Profilspurdaten entsprechend einem oder mehreren der aufeinander folgenden Querschnitte Koordinaten in Bezug auf das Referenzsystem haben, die im Wesentlichen unter der entsprechenden Defektgrenzwertkurve 69 liegen und den Außenendbereichen oder -rändern 62 und 64 der Profilspur zugeordnet sind. Um ferner zu vermeiden, dass akzeptable Randunregelmäßigkeiten Fehlkanten zugeordnet werden, fordert die spezifische Bedingung ferner, dass eine Gesamtzahl der ausgewählten Elemente höher ist als ein vorbestimmter Fehlkanten-Grenzwert für die Profilspur.

Wendet man sich nun 7 zu, wird nun die Detektion von fehlendem Holz erläutert. Der hölzerne Gegenstand 73 hat ein Paar entgegengesetzte Oberflächen 75 und 77, und ein zweites Paar entgegengesetzter Oberflächen 79 und 81, wobei die Oberflächen einen vollständigen Profilquerschnitt in Bezug auf das System 20 definieren, wie zuvor erläutert. Zu dem Zweck, das fehlende Holz auf der Oberfläche 75 zu detektieren, werden Daten, die entgegengesetzte Referenzkurven 78 und 83 definieren, die einer oder mehreren der entgegengesetzten aufeinander folgenden Profilspuren entsprechen, die dem Paar der entgegengesetzten Oberflächen 75 und 77 zugeordnet sind, verarbeitet, um einen Abstand &Dgr;d zwischen dem Paar der Basisreferenzkurven 78 und 83 abzuleiten, um einen Defekt zu erkennen, der durch eine Abstandsabweichung von dem vorbestimmten Minimalabstand &Dgr;m hervorgerufen wird, und um ein Entsprechendes Defektausgabesignal zu erzeugen.

Wendet man sich nun 8 zu, so wird die Detektion von Längsdefekten auf einem hölzernen Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein zu prüfender Gegenstand 84, der eine Oberfläche 86 aufweist, wird durch eine Oberflächenform-Prüfvorrichtung abgetastet, um Profilspurdaten zu erzeugen, die einer Mehrzahl von aufeinander folgenden Querschnitten entsprechen, die Profilspuren 88, 90 und 92 definieren, die in paralleler Beziehung entlang der geprüften Oberfläche 86 mit Abstand angeordnet sind. Aufeinander folgende Basisreferenzkurvendaten von den Spurdaten werden durch die Datenverarbeitungsvorrichtung gemäß der zuvor erläuterten Methode abgeleitet. Dann vergleicht die Defektdetektionsvorrichtung benachbarte Referenzkurven 94 und 96, um Positionsverschiebungsdaten &Dgr;p zu erkennen, wie mit den Pfeilen 98 angegeben, für entsprechende benachbarte Querschnitte, und um ein Defektausgabesignal zu erzeugen, das einen Oberflächendefekt anzeigt, der sich entlang der geprüften Oberfläche 86 erstreckt, immer dann, wenn Werte der Positionsverschiebungsdaten &Dgr;p höher sind als ein vorbestimmter Defektgrenzwert.

Nun wird in Bezug auf 9 eine erste bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Vorrichtung umfasst ein Transportsystem, das ein zuführendes Förderband 100 in Serie mit einem Ausgabeförderer 102 enthält, wobei die Förderer von einem Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Ein zu prüfender Gegenstand 104, der im gezeigten Beispiel ein Nutzholzstück ist, wird auf den Förderern 100 und 102, die in einer Vorwärtsrichtung angetrieben werden, verlagert, wie mit den Pfeilen 106 angegeben. Die Oberflächenform-Prüfeinheit, die an der Vorrichtung vorgesehen ist, umfasst eine herkömmliche optische Vermessungseinheit 105, die monochromatische Lichtabgabequellen, wie etwa Laserquellen 108 bzw. 108' enthält, die Laserstrahlen 109 und 109' auf entgegengesetzte Gegenstandsoberflächen 111 und 111' projizieren, welche darauf jeweilige Profilspuren 110 und 110' bilden. Aus 9 ist ersichtlich, dass der Antrieb der Förderer 100 und 102 eine Relativbewegung zwischen dem Gegenstand 104 und der optischen Vermessungseinheit 105 für Gegenstandsabtastzwecke erzeugt. Es hat sich herausgestellt, dass für verschiedene Defekttypen, wie etwa verändertes Holz auf einer Nutzholzoberfläche, eine Farbanalyse in Kombination mit Kavitäts- oder Rauigkeitsdetektion erforderlich ist, wie später im näheren Detail erläutert wird. Zu diesem Zweck ist ein Paar von Lichtquelleneinheiten 112 und 112' mit linearen Arrays 116, 117 und 116', 117' aus ersten und zweiten Licht emittierenden Dioden (LEDs) versehen, wobei die LED-Arrays durch zwei unterschiedliche Wellenlängen charakterisiert sind, wie später im näheren Detail erläutert wird. Die LED-Arrays 116, 117 projizieren jeweils Lichtstrahlen 120 und 122, die separate Transversalbereiche 124 und 126 der Oberfläche 111 überdecken, auf die Oberseite 111 des Gegenstands.

In gleicher Weise projizieren die LED-Arrays 116' und 117' jeweils Lichtstrahlen 120' und 122', die separate Transversalbereiche 124' und 126' der Oberfläche 111' abdeckt, auf die untere Oberfläche des Artikels 111'. Da die projizierten Strahlen der LED-Arrays 116, 117 und 116', 117' unterschiedliche Bereiche auf dem Gegenstand 104 schneiden, können sie gleichzeitig in Betrieb sein. Jedoch ist eine Wechselumschaltung bevorzugt, um eine Lichtinterferenz zu vermeiden, um zu ermöglichen, dass einige Bereiche überlappen, ohne dass ein ungewünschter Effekt hervorgerufen wird. Der jeweilige Abstand zwischen den LED-Arrays 116, 117 und dem Laser 108 ist so eingestellt, dass die Abstände zwischen der Profillinie 110 und den beleuchteten Bereichen 124, 126 mehrfache Faktorwerte der Verlagerung des Gegenstands in der Richtung des Pfeils 106 sind, die während der Zeittrennung zwischen zwei aufeinander folgenden Bildrahmen, die von der Kamera 128 aufgenommen werden, auftritt.

Ein Drehcodierer 125 ist an einer Walze 111' des Förderers 100 angebracht, um Pulssignale zu erzeugen, die durch die Leitung 135 und einer Drehcodierer-Schnittstelle für Zeitsynchronisationszwecke geschickt werden, wie später im näheren Detail erläutert wird. Der jeweilige Abstand zwischen den LED-Arrays 116', 117' und den Profillasern 108' ist entsprechend eingestellt. Auf diese Weise entsprechen auch die Punkte der Oberfläche 111 entsprechend einem gegebenen Bildrahmen der Profilspuren 110 anderen Bildrahmen für beleuchtete Transversalbereiche 124 und 126, wodurch Profil- und Farbarten für ein und denselben Oberflächenpunkt oder Bereich abgeleitet werden können. Es versteht sich, dass auch andere Typen von Beleuchtungsquellen verwendet werden können, wie etwa herkömmliche polychromatische Lichtquellen mit geeignete Farbfiltern, um die Lichtstrahlen entweder vor oder nach der Reflektion an der Artikeloberfläche zu verändern. Ferner können herkömmliche polychromatische Lichtquellen direkt ohne jeden Farbfilter verwendet werden, indem eine Farbspektrumanalysevorrichtung vorgesehen wird, die ein Farbbildsignal aus einer Farbkamera erhält.

Zurück zu 9. Ein Paar entgegengesetzte Pixelmatrixkameras 128 und 128' vom CCD-Typ oder dergleichen sind jeweils über und unter einem Zwischenraum zwischen den Förderern 100 und 102 vorgesehen. Um hohe Fördergeschwindigkeiten zu ermöglichen, wurden zwei Hochgeschwindigkeitskameras mit 128 × 128 Pixeln verwendet, die jeweils 840 Rahmen/sec aus Reflektionssignalen erzeugen. Die Kameras 128 und 128' sind im Wesentlichen vertikal mit gleichem Abstand von einer mittleren horizontalen Ebene 132 angeordnet, die durch den Gegenstand 104 hindurch geht, und zwar in einer angenähert parallel beabstandeten Beziehung zu den entgegengesetzten Oberflächen 111 und 111'. Die Kamera 128 ist derart angeordnet, dass ihr Blickfeld 130 die Oberseite 111 schneidet, um die beleuchteten Bereiche 124, 126 und die Profilspur 110 abzutasten. Gleichermaßen ist die Kamera 128' derart angeordnet, dass ihr Blickfeld 130' die Unterseite 111'schneidet, um die beleuchteten Bereiche 124', 126' und die Profilspur 110' abzutasten. Alternativ können, zusätzlich zu den Kameras 128 und 128', unabhängige Farbsensiervorrichtungen vorgesehen werden, wie etwa zwei zusätzliche Kameras, die jeweils den beleuchteten Bereichen 124, 126 und 124', 126' zugeordnet sind. Eine Lasersteuer-/Treibereinheit 115 ist durch Versorgungsleitungen 119 und 119' jeweils mit dem Laser 108 bzw. 108' verbunden, um diese mit Energie zu versorgen. Aus dem gleichen Zweck ist eine LED-Steuer-/Treibereinheit 121 durch Versorgungsleitungen 123 bzw. 123' mit den LED-Arrays 116, 117 und 116', 117' verbunden. Die Laser und LED-Steuer-/Treibereinheiten 115 und 121 empfangen durch jeweilige Eingänge 127 und 127', die daran vorgesehen sind, und Leitungen 131 und 131' Steuersignale von einer Datenerfassungseinheit, wie später erläutert wird, während die Kameras 128 und 128' Bildsignale zu den Datenerfassungseinheiten durch Leitungen 134, 134' schicken, wie später im näheren Detail erläutert wird. Auch Rahmen-Synchronisationssignale für die Kameras 128 und 128' werden von den Datenerfassungseinheiten durch Leitungen 129 und 129' geschickt, wie später im näheren Detail diskutiert.

Nun ist in Bezug auf 10 ein Blockdiagramm der vorliegenden Vorrichtung dargestellt, das ein optisches System zeigt, das zwei Paare gegenüberliegender Kameras 136, 136' und 138, 138' enthält, deren jeweiliges Blickfeld 142 eine entsprechende Oberfläche 144 eines Gegenstands 140, das der Prüfung unterliegt, schneidet. Bildsignale, die allen Bildpixeln von den Kameras 136, 136', 138 und 138' entsprechen, werden über Leitungen 148, 148', 150 und 150' zu einem jeweiligen Eingang geschickt, der an Datenerfassungs- und Vorverarbeitungseinheiten 154 vorgesehen sind, die in einer parallelen Konfiguration angeordnet sind. Ausgänge 156, die an den Einheiten 154 vorgesehen sind, kommunizieren durch Leitungen 156 und einen Hauptbus 158 mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wie etwa einer digitalen Signalprozessor(DSP)-Einheit 161, die einen digitalen Ausgang 159 aufweist, der durch eine Leitung 160 mit einem Computer 162 gekoppelt ist. Die DSP-Einheit kann vier DSP-Prozessoren aufweisen, die parallel arbeiten, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Datenerfassungs- und Vorverarbeitungseinheiten 154 führen eine Pixelauswahl in Bezug auf die Profilspuren und nur die beleuchteten Bereiche aus, um hierdurch nicht signifikante Pixel auszuschließen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit weiter zu verbessern. Die Einheiten 154 sorgen auch für eine elektrische Kopplung zwischen den Kameras und den DSPs, und die Übertragung der gewählten Pixelsignale auf die DSPs durch einen Standardbus, wie etwa einen DSP-Link. Wie zuvor erwähnt, sorgen die Einheiten 154 für eine Framing-Synchronistation für die Kameras 136, 136', 138 und 138' durch Leitungen 151, 151', 153 und 153', und sind weiter mit Ausgangsleitungen 127 und 127' verbunden, um Steuersignale jeweils zu den Lasersteuer-/Treiber und LED-Steuer-/Treibereinheiten zu schicken.

Der Computer 162 sorgt für eine Schaltsynchronistationssteuerung LED-Arrays unterschiedlicher Wellenlängen, und eine Schaltsteuerung der Laser entsprechend einer vorbestimmten Pulsdauer. Ferner können die Einheiten 154 mit einem Pufferspeicher versehen sein, um Werte der ausgewählten digitalen Signale für alle Oberflächen des Gegenstands 40 zu speichern, zur weiteren Verarbeitung. Die DSP-Einheit 161 führt die gesamte Berechnung und die Defektdetektion aus den gewählten Pixelsignalen in Bezug auf einen gegebenen Bildrahmen durch. Der Computer 162 führt wirderum eine Klassifikation der detektierten Defekte hinsichtlich aller Rahmen und abgetasteten Oberflächen 144 des Gegenstands 140 durch. Um jeden Bildrahmen einer entsprechenden Querschnittsposition entlang dem Gegenstand 140 zuzuordnen, ist mit einer der Antriebs- oder Abtriebswalze der Förderer 100 und 102 ein Drehcodierer 166 gekoppelt, der eine Walzenumdrehung detektiert, um durch eine Leitung 107 eine Serie von Pulssignalen zu einem Eingang 111 zu schicken, der an der Schnittstelleneinheit 113 vorgesehen ist, und der eine Pulszählervorrichtung aufweist, um durch einen daran vorgesehenen Ausgang 169 und eine Leitung 170 ein berechnetes Pulssignal zu einer Computereinheit 168 zu schicken. Ferner kann aus Verlagerungsdaten der Computer 162 mittels seines internen Takts eine Gegenstandsgeschwindigkeit ableiten. Der Computer 162 schickt durch den Ausgang 147 und die Leitung 179 Steuersignale zu einer Ausgangssteuereinheit 164, die Geräte wie etwa eine Markierungseinheit, eine Sortierungsvorrichtung oder eine Sägevorrichtung antreiben kann.

Nun wird in Bezug auf 11 eine zweite bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein Transportsystem, das eine Mehrzahl von parallelen mit Abstand angeordneten Bandförderern 200 in Serie mit Zuführförderern (nicht gezeigt) enthält, wobei die Förderer von einem Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben werden. Die Bandförderer 200 sind mit einer Mehrzahl vorstehender Stützen 201 versehen, die für eine richtige Ausrichtung des zu überprüfenden Gegenstands 204 sorgen. Ein zu überprüfender Gegenstand 200, der im gezeigten Beispiel ein Nutzholzstück ist, wird durch Bandförderer 200 verlagert, die in Bezug auf das Nutzholzstück 204 in einer Quer-/Vorwärtsrichtung angetrieben werden, wie mit den Pfeilen 206 angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Oberflächenform-Prüfvorrichtung, die zwei Reihen mit Abstand parallel angeordneter optischer Vermessungseinheiten 205 und 205' aufweist, die monochromatische Lichtabgabevorrichtungen wie etwa Laserquellen 208 und 208' enthalten, die jeweils Laserstrahlen 109 und 109' auf entgegengesetzte Gegenstandsoberflächen 211 und 211' werfen, um darauf Punkte 210 zu bilden. Aus 11 ist ersichtlich, dass der Antrieb der Förderer 200 eine Relativbewegung zwischen dem Gegenstand 204 und den optischen Vermessungseinheiten 205 und 205' hervorruft, wodurch die Punkte 210 jeweiligen Bahnen 213 auf den Gegenstandsoberflächen folgen, zu dem Zweck der Längsabtastung. Für Farbdetektionszwecke, wie zuvor erläutert, sind Lichtquelleneinheiten 212 und 212' jeweils an jeder optischen Vermessungseinheit 205 und 205' angepasst, wobei die Lichtquelleneinheiten jeweils mit ersten und zweiten Licht emittierenden Dioden (LEDs) 216, 217 und 216', 217' versehen sind, wobei die LEDs durch zwei unterschiedliche Wellenlängen gekennzeichnet sind, wie später im näheren Detail erläutert wird.

Die LEDs 216 und 217 projizieren jeweils auf die Gegenstandsoberseite 211 Lichtstrahlen 220 und 222, die zu dem Laserstrahl 109 ausgerichtet sind. Gleichermaßen projizieren die LEDs 216 und 217' jeweils auf die Gegenstandsunterseite 211' Lichtstrahlen 220' und 222', die mit dem Laserstrahl 109' ausgerichtet sind. Da die projizierten Strahlen der LEDs 216, 217 und 216', 217' besondere Bereiche auf dem Gegenstand 204 schneiden, können sie gleichzeitig betrieben werden. Jedoch ist wie zuvor erwähnt das abwechselnde Umschalten bevorzugt, um eine Lichtinterferenz zu vermeiden, was eine Überlappung einiger Bereiche ermöglicht, ohne einen unerwünschten Effekt hervorzurufen. Der jeweilige Abstand zwischen LEDs 116, 117 und dem jeweiligen Laser 208 ist so eingestellt, dass der Abstand zwischen den Punkten 210 und den beleuchteten Bereichen 224 und 226 mehrfache Faktorwerte der Verlagerung des Gegenstands in Richtung des Pfeils 206 sind, die während der Trennung zwischen zwei aufeinander folgenden Bildrahmen auftritt, die von den linearen Kameras 228 und 228' aufgenommen werden, die in jeder optischen Vermessungseinheit 205 und 205' vorgesehen sind. Gleichermaßen wird der jeweilige Abstand zwischen LEDs 116', 117' und den Lasern 208' entsprechend eingestellt. Auf diese Weise entsprechen Punkte der Oberfläche 211 oder 211' entsprechend einem gegebenen Bildrahmen der Punkte 210 auch anderen Bildrahmen für beleuchtete Bereiche 224 und 226 oder 224' und 226', wodurch Profilspur- und Farbdaten für ein und denselben Oberflächenpunkt oder -bereich abgeleitet werden können. Die Kameras 228 und 228' sind im Wesentlichen mit gleichem vertikalem Abstand von einer mittleren horizontalen Ebene angeordnet, die durch den Gegenstand 204 hindurch, in einer im Wesentlichen parallel beabstandeten Beziehung zu den entgegengesetzten Oberflächen 211 und 211'. Jede Kamera 228 ist derart angeordnet, dass ihr Blickfeld 230 die Oberseite 211 schneidet, um die beleuchteten Bereichen 224 und 226, die Profilspur 213 und den Punkt 210 abzutasten. Gleichermaßen ist jede Kamera 228' derart angeordnet, dass ihr Blickfeld 230' die Unterseite 211' schneidet, um entsprechende beleuchtete Bereiche, die Profilspur und den Punkt abzutasten.

Eine Lasersteuer-/Treibereinheit (nicht gezeigt) ist durch Versorgungsleitungen 219 und 219' jeweils mit dem Laser 208 und 208' verbunden, um diese mit Energie zu versorgen. Aus dem gleichen Zweck ist eine LED-Steuer-/Treibereinheit (nicht gezeigt) durch Versorgungsleitungen 223 und 223' jeweils mit den LEDs 216, 216 und 216', 217' verbunden. Die Laser und LED-Steuer-/Treibereinheiten erhalten Steuersignale von einer Datenerfassungseinheit, in der gleichen Weise wie zuvor erläutert. Die Kameras 228 und 228' schicken Bildsignale zu den Datenerfassungseinheiten durch Leitungen 234 und 234', wie später im näheren Detail erläutert wird. Rahmensynchronisationssignale für die Kameras 228 und 228' werden von den Datenerfassungseinheiten durch Leitungen 229 und 229' geschickt.

Nun wird in Bezug auf 12 eine dritte Ausführung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung umfasst einen Rahmen 232, der ein Paar von Tragsäulen 237 aufweist, die an den entgegengsetzten Enden der Vorrichtung stehen, wobei in 12 nur eine der Säulen 237 dargestellt ist. An den Säulen 237 ist durch Halterungen 235 ein Paar gegenüberliegender Tragplatten 236 gesichert, die jeweilige Enden eines zu überprüfenden Gegenstands 238 tragen, wobei in 12 nur eine der Halterungen 235 und Platten 236 dargestellt ist. Auch ist an den Säulen ein Paar parallel beabstandeter Führungsschienen 239 und 239' gesichert, an denen verlagerbare Oberflächenform-Prüfvorrichtungen 240 und 240' durch einen jeweiligen, an einer Gegenantriebswalze angebrachten Träger (nicht gezeigt) angebracht sind, die in langgestreckten Nuten 241 und 241' aufgenommen sich, die sich innerhalb der Führungsschienen 239 und 239' erstrecken, um für eine gesteuerte Verlagerung der Prüfvorrichtungen 240 und 240' entlang den Schienen 239 und 239' durch Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors (nicht gezeigt) zu sorgen, der mit einem in der Vorrichtung vorgesehenen Steuergerät verbunden ist. Die verlagerbaren Oberflächenform-Prüfvorrichtungen 240 und 240' umfassen jeweils optische Vermessungseinheiten, die monochromatische Lichtabgabequellen wie etwa eine Laserquelle 242 enthalten, die Laserstrahlen 244 und 244' auf entgegengesetzte Gegenstandsoberflächen 246 und 246' werfen, um jeweils Profilspuren 248 und 248' darauf zu bilden. Aus 12 ist ersichtlich, dass die Verlagerung der Oberflächen-Prüfvorrichtung 240 und 240' in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung, wie mit den Pfeilen 250 angegeben, eine Relativbewegung zwischen dem Gegenstand 238 und den optischen Vermessungseinheiten 240 und 240' hervorrufen, zum Zwecke der Längsabtastung. Für Farbdetektionszwecke, wie zuvor erläutert, sind Lichtquelleneinheiten 252 und 252' auf den Oberflächen-Prüfvorrichtungen 240 und 240' vorgesehen, wobei die Lichtquelleneinheiten jeweils mit ersten und zweiten Arrays aus Licht emittierenden Dioden (LEDs) 254, 256 und 254, 256' versehen sind, wobei die LEDs durch zwei unterschiedliche Wellenlängen gekennzeichnet sind, wie später im näheren Detail erläutert wird. Die LED-Arrays 254 und 256 projizieren jeweils auf die Artikeloberseite 246 transversale Lichtstrahlen 258 und 260. Gleichermaßen projizieren die LED-Arrays 254' und 256' jeweils auf die Gegenstandsunterseite 246' transversale Lichtstrahlen 258' und 260'. Hier ist wiederum der jeweilige Abstand zwischen den LED-Arrays 254, 256 und dem jeweiligen Laser 242 derart eingestellt, dass der Abstand zwischen der Profilspur 248 oder 248' und den beleuchteten Bereichen 262 und 264 mehrfache Faktorwerte der Verlagerung des Gegenstands 238 in der Richtung des Pfeils 250 sind, die während der Zeittrennung zwischen zwei aufeinander folgenden Bildrahmen auftritt, die von den linearen Kameras 266 und 266' aufgenommen werden, die in jeder Oberflächen-Prüfvorrichtung 240 und 240' vorgesehen sind. Gleichermaßen ist der jeweilige Abstand zwischen den LED-Arrays 254', 256' und dem zugeordneten Laser (nicht gezeigt) dementsprechend eingestellt. Auf diese Weise entsprechen Punkte der Oberfläche 246 oder 246' entsprechend einem gegebenen Bildrahmen der Profilspur 248 oder 248' auch anderen Bildrahmen für die beleuchteten Bereiche 262 und 264 oder 262' und 264', wodurch Profilspur- und Farbdaten für denselben Oberflächenpunkt oder -bereich abgeleitet werden können.

Die Kameras 266 und 266' sind im Wesentlichen im gleichen vertikalen Abstand von einer mittleren horizontalen Ebene angeordnet, die durch den Gegenstand 138 durchgehen, angenähert parallel mit Abstand zu entgegengesetzten Oberflächen 246 und 246'. Die Kamera 266 ist derart angeordnet, dass ihr Blickfeld die Oberseite 246 schneidet, um die beleuchteten Bereiche 262, 264 um die Profillinie 248 abzutasten. Gleichermaßen ist die Kamera 266 derart angeordnet, dass ihr Blickfeld die Unterseite 246' schneidet, um die beleuchteten Bereiche (nicht gezeigt) um die Profillinie 248' abzutasten.

Eine Lasersteuer-/Treibereinheit (nicht gezeigt) ist durch Versorgungsleitungen 268 und 268' mit dem jeweiligen Laser 242 verbunden, um diesen mit Energie zu versorgen. Aus dem gleichen Grund ist eine LED-Steuer-/Treibereinheit (nicht gezeigt) durch Versorgungsleitungen 270 und 270' jeweils mit den LED-Arrays 254, 256 und 254', 256' verbunden. Die Laser und LED-Steuer-/Treitereinheiten empfangen Steuersignale von einer Datenerfassungseinheit in der gleichen Weise wie zuvor erläutert. Die Kameras 266 und 266' schicken Bildsignale zu den Datenerfassungseinheiten durch die Leitungen 272 und 272', wie später im näheren Detail erläutert wird. Rahmensynchronisationssignale für die Kameras 266 und 266' werden von den Datenerfassungseinheiten durch Leitungen 274 und 274' geschickt.

Nun wird der Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im näheren Detail erläutert. Wieder in Bezug auf 9, wird der zu prüfende Gegenstand 104 von den Förderern 100 und 102 in der Richtung des Pfeils 104 kontinuierlich verlagert und läuft durch den Raum hindurch, der zwischen den Förderern 100 und 102 vorgesehen ist. Sobald ein voraus laufender Vorderrand der Oberfläche 111 beginnt, den von dem LED-Array 117 erzeugten Lichtstrahl zu reflektieren, schickt die Kamera 128 ein entsprechendes Bildsignal zu der zugeordneten Datenerfassungs- und Verarbeitungseinheit 154, die Pixelintensitäten mit einem vorbestimmten ersten Grenzwert vergleicht, um den Prozess zu starten. Ähnlich findet das Ende des Prozesses immer dann statt, wenn das LED-Array 116 einen Nachlaufrand der Oberfläche 111 entsprechend einem zweiten Grenzwert detektiert. Die Laser 108 und 108' werden durch die Laser-Steuer-/Treibereinheit 115 gemäß Steuersignalen, die von dem Computer 164 kommen, mit Energie versorgt, wie in 10 gezeigt. Die Laser 108 und 108' werden in einem mit den Kameras 128 und 128' synchronisierten Pulsmodus betrieben, um die ausgesetzte Zeit auf einen minimalen Pegel zu begrenzen, der für eine richtige Bildintensität entsprechend der Kameraempfindlichkeit sorgt, um hierdurch eine unerwünschte Mittelwertbildung zu vermeiden. Die Profilspuren 110 und 110' werden jeweils von den Kameras 128 und 128' sensiert und entsprechen deren jeweiligen gegenwärtigen synchronisierten Bildrahmen. Gleichzeitig wird Licht jeweiliger Wellenlängen, wie es von den Transversalbereichen 124 und 126 der Oberfläche 111 reflektiert wird, jeweils von den Kameras 128 und 128' sensiert, entsprechend den gleich gegenwärtigen synchronisierten Rahmen. Gleichermaßen werden beleuchtete Transversalbereiche 124' und 126' der Oberfläche 111' sensiert, ebenfalls entsprechend denselben gegenwärtigen synchronisierten Bildrahmen. Bei Verlagerung des Gegenstands 104 erzeugen die Kameras 128 und 128' aufeinander folgende Bildrahmen aus Bildpixeln, wobei die Rahmen einer Mehrzahl aufeinander folgender Querschnitte zugeordneter Profilspuren 110 entsprechen, die entlang deren Oberflächen 111 und 111' des Gegenstands 104 in einer parallelen Beziehung mit Abstand angeordnet sind. Um ferner eine Farbanalyse erfordernde Defektdetektion durchzuführen, entsprechen die aufeinander folgenden Rahmen auch einer Mehrzahal von beleuchteten Bereichen, wie zuvor beschrieben.

Wendet man sich nun 10 zu, so ist ersichtlich, dass in einer Vorrichtung, die vier Kameras 136, 136', 138, 138' aufweist, Bildpixelsignale für jeden Bildrahmen zu jeweiligen Datenerfassungs- und Vorverarbeitungseinheiten 154 geschickt werden, die wie zuvor erwähnt, um eine Auswahl von Pixelsignalen hinsichtlich der Profilspuren und beleuchteten Bereiche durchzuführen, unter Verwendung herkömmlicher Bildgrenzwertverarbeitungstechniken, die in der Technik gut bekannt sind. Die DSP-Einheit 161 führt die gesamte Berechnung und Defektdetektion aus ausgewählten Pixelsignalen für jeden Bildrahmen durch. Insbesondere empfängt die DSP-Einheit 161 die gewählten Pixelsignale, die Pixelpositions- und Intensitätswerte ergeben.

Es wird betont, dass die Vorrichtung, um eine genaue Bildintensität bereitzustellen, durch eine Beleuchtungseichprozedur richtig kalibriert wird, die vor dem Betrieb ausgeführt wird, die im Wesentlichen daraus besteht, dass Bildpixelsignale für ein Referenzobjekt erhalten werden, das gleichmäßige Reflektionscharakteristiken aufzeigt. Lichtveränderungs-Kompensationsfaktoren werden abgeleitet und von der DSP-Einheit 161 verwendet, um die Pixelsignale entsprechend zu normalisieren. Ferner wird eine Dimensionseichung durchgeführt, um eine genaue Ableitung der dimensionsbezogenen Parameter herzustellen, wie etwa Position und Größe von Defekten. Unter Verwendung von Messstandards wird das Verhältnis Dimension/Pixel für sowohl die Dicke als auch die Breite des Objekts abgeleitet, sowie auch ein Positionskompensationsfaktor, um eine Veränderung der Position der Kameras in Bezug auf die mittlere horizontale Ebene 132 zu korrigieren, wie in 9 gezeigt. Von der DSP werden weitere Berechnungen durchgeführt, um eine Gegenstandsförderwinkelabweichung von einer Richtung parallel zu der Ebene, die durch die entgegengesetzten Kameras 128 und 128', die Laser 108 und 108' und die Lichtquelleneinheiten 112 und 112' gebildet ist, zu korrigieren. Ferner wird die Anzahl von Rahmen zwischen beleuchteten Bereichen und der Profillinie, wie sie durch den Laserstrahl gebildet wird, bestimmt.

Zurück zu 10, werden dann nach Vorbearbeitung und Kompensation, Profildaten von DSP-Einheit 161 aus den ausgewählten Pixelsignalen unter Verwendung einer herkömmlichen Vermessungstechnik auf Triangulationsbasis abgeleitet. Wein der Technik gut bekannt, erfolgt die Vermessung durch Triangulationsberechnung im Wesentlichen auf der Basis des Prinzips, dass es eine direkte Beziehung zwischen dem Abstand, der eine Referenzebene und einem gegebenen Punkt der Oberfläche trennt, wie entlang einer Achse gemessen, die sich in Richtung orthogonal zu der Oberfläche erstreckt, und einer Verschiebung des reflektierten Lichtstrahls von einer entsprechenden Referenzpositon, wie an dem Ort des Sensors beobachtet. Daher können nach richtiger Eichung Profilspurdaten, wie sie durch eine Serie berechneter Abstandswerte für entsprechende Punkte der Oberfläche definiert sind, direkt aus den Lichtstrahlen-Verschiebungsmessungen abgeleitet werden.

Es können verschiedene optische Vermessungsmethoden gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wie etwa jene, die in „Active optical range imaging sensors" von Paul J. Besl, Machine Vision and Applications, Seiten 127–152 zusammengefasst sind. Die resultierenden Profilspurdaten entsprechen einer Mehrzahl aufeinander folgender Querschnitte und zugeordneter Profilspuren 110 und 110', die in paralleler Beziehung jeweils entlang den Oberflächen 111 und 111' des Gegenstands 104 mit Abstand angeordnet sind. Wie zuvor in Bezug auf die 1 und 2 erläutert, leitet dann die DSP 161 aus allgemein gleichmäßigen Abschnitten der Profilspurdaten durch Kurvenanpassungsberechnung Basisreferenzkurvendaten ab, die eine allgemeine Orientierung und Position der Profilspuren in Bezug auf ein Referenzsystem charakterisiert, das als die in 9 gezeigte Mittelebene 132 gewählt werden kann. Dann vergleicht die DSP-Einheit 161 als Teil einer Defektdetektionsvorrichtung für jeden Bildrahmen die Spurdaten mit der Basisreferenzkurve, um ein durch eine Abweichung der Spurdaten in Bezug auf die Basisreferenzkurve hervorgerufenen Defekt zu erkennen und um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Oberflächendefekt anzeigt, wie etwa Rauigkeit, Kavität, Fehlkanten, fehlendes Holz im Nutzholz und Längsdefekt, wie zuvor in Bezug auf die 3 bis 7 beschrieben. Die Defektgrenzwertliniendaten werden in Bezug auf die Basisreferenzliniendaten um einen vorbestimmten Grenzwert entsprechend dem Typ des auftretenden Defekts einwärts verschoben. Für jeden Bildrahmen schickt die DSP-Einheit 161 entsprechend verarbeitete Daten zu dem Computer 162 als Teil der Defektdetektionsvorrichtung, der die Daten entsprechend einer Mehrzahl aufeinander folgender Rahmen vergleicht und klassifiziert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Defekt anzeigt, der sich entlang einer oder mehreren der Profilspuren vorhanden ist. Da ferner die Pixelpositionen genau bekannt sind, kann das elektrische Signal die Position des Defekts entlang den Profilspuren und entlang der Gegenstandsoberfläche anzeigen.

Wie zuvor erwähnt, erfordern in einem bestimmten Fall, wo ein Holzgegenstand geprüft wird, bestimmte Typen von Defekten, wie etwa verändertes Holz, eine Farbanalyse in Kombination mit Rauigkeits- oder Kavitätsdetektion. Daher werden Reflektanzdaten, die in den von den Kameras 136, 136', 138, 138' erzeugten Pixelsignalen enthalten sind, von der DSP dazu benutzt, um für jeden Bildrahmen ein Farbsignal zu erzeugen, das eine Farbcharakteristik der der Prüfung unterzogenen Oberfläche an der Position des detektierten Effekts anzeigt; und zu dem Computer 161 geschickt wird, so dass verändertes Holz immer dann detektiert wird, wenn das Farbsignal einer zweiten spezifischen Bedingung genügt, zusätzlich zur Detektion eines Defekts hinsichtlich Rauigkeit oder Kavität an dieser Position. Insbesondere erzeugen die Kameras 136, 136', 138, 138, die reflektiertes Licht von einer jeweiligen Gegenstandsoberfläche 144 empfangen, Reflektanzdaten, die reflektierte Lichtintensitäten an einem Wellenlängenpaar repräsentieren. Die DSP-Einheit 161 leitet eine resultierende Differenz zwischen den reflektierten Lichtintensitäten ab, um das Farbsignal zu erzeugen. Während die resultierende Differenz als Subtraktion der Reflektanzdaten für beide Wellenlängen ausgedrückt werden, wird diese Differenz bevorzugt als Verhältnis der Reflektanzdaten für das Wellenlängenpaar ausgelegt. Der Computer wendet die zweite spezifische Bedingung an, die immer dann erfüllt ist, wenn der Wert des Farbsignals höher ist als ein vorbestimmter Farbgrenzwert.

Wendet man sich nun 13 zu, so ist dort ein Plot eines Reflektivitätsverhältnisses auf der Y-Achse 171 für Messungen bei zwei getrennten Wellenlängen gezeigt, die im im 13 gezeigten Beispiel gewählt wurden, so dass sie innerhalb der roten und grünen Anteile des sichtbaren Spektrums liegen, in Bezug auf Rauigkeits-Indexwerte auf der X-Achse 172. Es versteht sich, dass jedes geeignete Paar von Wellenlängen die getrennten Anteile des sichtbaren des Spektrums zugeordnet sind, wie etwa rot/blau, rot/gelb, ausgewählt werden kann, vorausgesetzt, dass die richtigen Lichtquellen zur Verfügung stehen. Zu den Zwecken des in 13 gezeigten Beispiels wurden LED-Arrays verwendet, die in den roten und grünen Anteilen des sichtbaren Spektrums emittieren, wobei die LED-Arrays auf dem Markt leicht erhältlich sind.

Es ist ersichtlich, dass die zweite spezifische Bedingung zum Detektieren von verändertem Holz immer dann erfüllt ist, wenn das Reflektanzverhältnis höher ist als ein vorbestimmter Grenzwert, wie mit der gepunkteten Grenzwertlinie 175 angegeben, wobei der Grenzwert im in 13 gezeigten Beispiel auf 1,3 gesetzt wurde. Jedoch kann der Grenzwert eine Funktion eines entsprechenden Rauigkeitsindexwerts auf der X-Achse 172 sein, wie mit der gepunkteten Grenzwertlinie 175' angegeben, deren Parameter aus experimentellen Ergebnissen ausgewählt werden können. Aus 13 ist ersichtlich, das der Rauigkeitsindexgrenzwert gemäß der gepunkteten Grenzwertlinie 181 auf einen Wert von 0,08 gesetzt wurde. Jedoch kann dieser Grenzwert eine Funktion entsprechender Reflektanzverhältniswerte auf der Y-Achse 171 sein, wie mit der gepunkteten Grenzwertlinie 181' angegeben, deren Parameter ebenfalls aus experimentellen Ergebnissen gewählt werden können. Es ist ferner ersichtlich, dass ein bestimmter eines Satzes von Nutzholzstücken gemäß zwei Defektkategorien klassifiziert werden kann, nämlich Rauigkeit 174, 174' und verändertes Holz 176, und zwei Gutes-Nutzholz-Kategorien, nämlich farbiges Holz 178, 183 und blasses Holz 180, 180', 185, 187 unter Verwendung der Grenzwertlinien 175 und 181. Auf ähnliche Weise wird mittels der Grenzwertlinie 175' und 181' die Rauigkeit an der Zahl 174, 187 identifiziert, verändertes Holz bei 176, 174', 183, 185, farbiges Holz bei 178, 180' und blasses Holz bei 180. Aus der in 13 gezeigten Grafik ist ersichtlich, dass ein Rauigkeitsindex wesentlich ist, um zwischen farbigem Holz und verändertem Holz zu unterscheiden, ihr jeweiliges Reflektanzverhältnis etwa in demselben Bereich variiert. Es wird betont, dass eine Kavitätsdefektmessung auch auf der X-Achse verwendet werden kann, um für eine richtige Klassifizierung zu sorgen. Es wird ferner betont, dass der Computer 161 Element der Profildaten auswählen kann, die der ersten spezifischen Bedingung eine vorbestimmte Anzahl von Malen für eine entsprechende Anzahl aufeinander folgender Profilspuren, die den Bildrahmen zugeordnet sind, erfüllen, um hierdurch die Defektunterscheidungsleistung zu verbessern.

Alle oben erwähnten vorbestimmten Grenzwerte, wie etwa Kurvenanpassungs-, Farb-, Rauigkeits- und Kavitätsgrenzwerte können durch eine Benutzerschnittstelle eingestellt werden, die an dem Computer 161 vorgesehen ist. Es versteht sich, dass andere Oberflächencharakteristika, wie etwa Abstand gegenüber liegender Oberflächen eines Gegenstands, mittels der vorliegenden Erfindung detektiert oder überwacht werden können. Eine fortschrittliche Effektanalyse kann mit dem Computer durchgeführt werden, um eine Klassifikation vorzusehen, wie etwa die Ableitung des Verhältnisses von Defekten oder farbigen Anteilen auf der Gesamtbreite irgendeiner Profilspur, der Größe der Defekte sowie unterschiedlicher Klassifikationsgrenzwerte für spezifische Teile des Gegenstads, wie etwa der Enden. Zum Beispiel können diese Klassifikationsparameter nach Wunsch entsprechend Klassifikationsregeln eingestellt werden, wie sie von der National Lumber Grading Association (NLGA) entworfen sind. Es versteht sich auch, dass jegliche offensichtliche Qualifikation oder Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens, wie sie in der vorliegenden Beschreibung beschrieben werden, Teil der vorliegenden Erfindung ist, vorausgesetzt, dass sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fällt.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Detektieren von Oberflächendefekten auf einem Gegenstand (104), der in einer Abtastrichtung (106) befördert wird, wobei die Vorrichtung eine Oberflächenformprüfungseinrichtung (105) umfasst, um Profildaten von wenigstens einer Oberfläche des Gegenstands bei einem Querschnitt zu erhalten, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem (20) bezogen sind, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst:

    eine Datenverarbeitungseinrichtung (161) zum Herleiten einer Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) über einen Kurvenanpassungsalgorithmus, der auf im Allgemeinen gleichmäßige Bereiche der Profildaten angewendet wird, und

    eine Defektdetektierungseinrichtung (162), die die Profildaten mit der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) vergleicht, um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) zu erkennen und ein Defektausgabesignal zu erzeugen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) eine gerade Linie ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Datenverarbeitungseinrichtung (161) charakteristische Informationen über die Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) stromaufwärts des Querschnitts speichert, um die Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) vorherzusagen, ohne sich dabei ausschließlich auf die Profildaten für den Querschnitt zu beziehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Defektdetektierungseinrichtung (162) die Profildaten mit der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) unter Verwendung einer Defektgrenzwertkurve (58, 69) vergleicht, die hinsichtlich der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) um einen vorbestimmten Grenzwert nach innen verschoben ist, um Elemente der Profildaten auszuwählen, die eine erste spezifizierte Bedingung erfüllen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der detektierte Defekt durch eine Unebenheit der wenigstens einen Oberfläche charakterisiert ist, wobei die erste spezifizierte Bedingung erfüllt ist, wann immer sich die ausgewählten Elemente der Profildaten im Wesentlichen nach außen gerichtet oberhalb der Defektgrenzwertkurve (58, 69) befinden, wobei das Defektausgabesignal erzeugt wird, wann immer:
    wobei:

    xi einen Abweichungswert eines ausgewählten Datenelements i unter ausgewählten Datenelementen der Profildaten von der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) angibt, mit i = l, n,

    n die Gesamtanzahl der ausgewählten Elemente ist, und

    R ein vorbestimmter Unebenheitsgrenzwert ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Gegenstand ein hölzerner Gegenstand ist, wobei das Defektausgabesignal ferner eine Position des detektierten Defekts bezogen auf die Profildaten angibt, wobei die Vorrichtung ferner eine Farberfassungseinrichtung (128, 128', 136, 136', 138, 138') umfasst, um ein Farbsignal zu erzeugen, das eine Farbcharakteristik der wenigstens einen Oberfläche an der Position des detektieren Defekts angibt, wobei der detektierte Defekt ferner durch verändertes Holz charakterisiert ist, wann immer das Farbsignal eine zweite spezifizierte Bedingung erfüllt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der detektierte Defekt durch eine Kavität auf der wenigstens eine Oberfläche charakterisiert ist, wobei die erste spezifizierte Bedingung erfüllt ist, wann auch immer sich die Profildaten im Wesentlichen nach innen gerichtet unterhalb der Defektgrenzwertkurve (58, 69) befinden.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Gegenstand (104) ein hölzerner Gegenstand ist, wobei das Defektausgabesignal ferner eine Position des detektierten Defekts bezogen auf die Profildaten angibt, wobei die Vorrichtung ferner eine Farberfassungseinrichtung (128, 128', 136, 136', 138, 138') umfasst, um ein Farbsignal zu erzeugen, das eine Farbcharakteristik der wenigstens einen Oberfläche an der Position des detektierten Defekts angibt, wobei der detektierte Defekt ferner durch verändertes Holz charakterisiert ist, wann auch immer das Farbsignal eine zweite spezifizierte Bedingung erfüllt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die zweite spezifizierte Bedingung erfüllt ist, wann auch immer das Farbsignal einen Wert aufweist, der größer als ein vorbestimmter Farbgrenzwert ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der detektierte Defekt durch eine Kavität auf der wenigstens einen Oberfläche charakterisiert ist, wobei die erste spezifizierte Bedingung erfüllt ist, wann auch immer sich die ausgewählten Elemente der Profildaten im Wesentlichen nach innen gerichtet unterhalb der Defektgrenzwertkurve (58, 69) befinden, wobei das Defektausgabesignal erzeugt wird, wann auch immer eine Gesamtanzahl der ausgewählten Elemente größer als ein vorbestimmter Kavitätsgrenzwert ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Gegenstand ein Nutzholzteil ist, wobei der detektierte Defekt durch eine Fehlkante charakterisiert ist, die von der wenigstens einen Oberfläche definiert ist, wobei die erste spezifizierte Bedingung erfüllt ist, wann auch immer sich die ausgewählten Elemente der Profildaten im Wesentlichen nach innen gerichtet unterhalb der Defektgrenzwertkurve (69) befinden und äußeren Endbereichen der Profildaten zugeordnet sind, wobei das Defektausgabesignal erzeugt wird, wann auch immer die Gesamtanzahl der ausgewählten Elemente größer als ein vorbestimmter Fehlkantengrenzwert ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Erzeugen von Profildaten eine im Wesentlichen monochromatisches Licht emittierende Einrichtung (108, 108'), um einen Strahl von Licht unter einem ersten Winkel auf die wenigstens eine Oberfläche zu richten, eine Bilderfassungseinrichtung (128, 128', 136, 136', 138, 138'), die unter einem zweiten Winkel reflektiertes Licht von der wenigstens einen Oberfläche empfängt, um Bildsignale zu erzeugen, die eine Abweichung des reflektierten Lichts in Richtung zu der Erfassungseinrichtung (128, 128', 136, 136', 138, 138') angeben, eine Einrichtung umfasst, um die Profildaten aus dem Bildsignal über eine Triangulationsberechnung eines Bereichs zwischen der wenigstens einen Oberfläche und der Bilderfassungseinrichtung (128, 128', 136, 136', 138, 138') herzuleiten.
  13. Vorrichtung zum Detektieren von Oberflächendefekten auf einem Gegenstand (104), wobei die Vorrichtung eine Oberflächenformprüfungseinrichtung (240, 240') umfasst, um Profildaten wenigstens einer Oberfläche bei aufeinanderfolgenden Querschnitten zu erhalten, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem (20) bezogen sind, wobei die Oberflächenformprüfungseinrichtung hinsichtlich der wenigstens einen Oberfläche in einer Abtastrichtung verlagerbar ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner umfasst:

    eine Datenverarbeitungseinrichtung (161), um aufeinander folgende Basisreferenzkurven (52, 56, 68, 78, 83) über einen Kurvenanpassungsalgorithmus herzuleiten, der auf im Algemeinen gleichmäßige Bereiche der Profildaten angewendet wird, und

    eine Defektdetektionseinrichtung (162), die die Profildaten mit den aufeinander folgenden Basisreferenzkurven (52, 56, 68, 78, 83) vergleicht, um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurven (52, 56, 68, 78, 83) zu erkennen und ein Defektausgabesignal zu erzeugen.
  14. Verfahren zum Detektieren von Oberflächendefekten auf einem Gegenstand (104), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: i) Erhalten von Profildaten wenigstens einer Oberfläche des Gegenstands bei einem Querschnitt, wobei die Profildaten auf ein Referenzsystem (20) bezogen sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner die Schritte umfasst:

    ii) Ableiten einer Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) über einen Kurvenanpassungsalgorithmus, der auf im Allgemeinen gleichmäßige Bereiche der Profildaten angewendet wird,

    iii) Vergleichen der Profildaten mit der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83), um eine von einem Defekt hervorgerufene Abweichung der Profildaten hinsichtlich der Basisreferenzkurve (52, 56, 68, 78, 83) zu erkennen, und

    iv) Erzeugen eines Fehlerausgabesignals.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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