Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Objekterkennung, und zwar insbesondere zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gattungsgemäß handelt es sich hier ganz allgemein um ein Verfahren zur Objekter- kennung bzw. zur Fehlerdetektion an Werkstücken, wobei sich dieses Verfahren ganz besonders zur Fehlerdetektion an geschossenen Kernen oder Kernpaketen eignet. Insoweit bezieht sich die Erfindung unter anderem auch auf das Gebiet der Gießereitechnik.

Zum Gießen von Formstücken jedweder Art werden Gießereikerne oder-formen meist in getrennten Teilen hergestellt, zusammengeführt und miteinander zu einer Gußform bzw. zu einem Kernpaket verbunden. Diese Kernpakete werden dann zur Herstellung eines bspw. metallischen Werkstücks mit geschmolzenem Metall gefüllt, wobei in der Serienfertigung die mit geschmolzenem Metall zu füllenden Kernpakete hintereinander aufgereiht die Fertigungsstraße durchlaufen.

Dabei ist von ganz besonderer Bedeutung, daß die in die Kernpakete gegossenen Werkstücke eine äußerst lange Abkühiphase beanspruchen, die sich oftmals über mehrere Stunden hinweg erstreckt. Erst nach dieser Abkühiphase läßt sich das ge- gossene Werkstück bzw. Teil inspizieren. Folglich kann erst mehrere Stunden nach dem Guß und somit ebenfalls mehrere Stunden nach dem Kernschießen festgestellt werden, ob das in das Kernpaket gegossene Teil auch tatsächlich fehlerfrei ist.

Sollte ein fehlerhafter Kern verwendet worden sein, so läßt sich der dadurch beim Gießen entstehende Ausschuß erst Stunden nach Herstellung des Kerns feststellen.

Sollte es sich dabei wiederum um einen systematischen, beispielsweise aufgrund eines Fehlers am Werkzeug wiederkehrenden Defekt am Kern handeln, so würde bis zur Erkennung des Defekts am gegossenen Teil stundenlang Ausschuß produziert werden. Die für diesen Ausschuß verantwortlichen defekten Kerne könnten-wie be- reits zuvor erwähnt-auf Defekte im Werkzeug der Kernschießmaschine, aber auch auf unmittelbare Beschädigungen der Kerne bei deren Handhabung, beim Transport oder bei der Paketierung zurückzuführen sein. Jedenfalls ist es nicht vertretbar, Fehler und somit den Ausschuß erst nach erfolgtem Guß bzw. bei der Inspektion der bereits abgekühtten Gußteile feststellen zu können.

Darüber hinaus können Beschädigungen der Formstücke und/oder der Werkzeuge nicht nur im unmittelbaren Bereich der Schießeinrichtung stattfinden, sondern viel- mehr auch bei einer beliebigen Handhabung von Formstück und/oder Werkzeug, beim Fördern, bei einer Bearbeitung der Formstücke, beim Reinigen der Werkzeuge und insbesondere auch beim Komplettieren der Formstücke zu einem wie auch im- mer gestalteten Formpaket.

Kern-und Maskenschießmaschinen der zuvor genannten Art sind seit vielen Jahr- zehnten aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft wird hier auf die DE 31 48 461 C1 verwiesen, die eine Kern-und Maskenschießmaschine der Anmelderin offenbart.

Aus der DE 44 34 798 A1 ist ebenfalls eine Kern-und Maskenschießmaschine be- kannt, bei der zumindest eine visuelle Kontrolle des Werkzeugs vorgesehen ist.

Letztendlich ist die in der DE 44 34 798 A1 angesprochene visuelle Kontrolle nicht praktikabel, da nämlich insbesondere im Rahmen einer vollautomatischen Fertigung das Werkzeug nicht ständig beobachtet werden kann. Zur visuellen Kontrolle müßte eine Fachkraft das Werkzeug ständig, d. h. nach jedem Schuß, beobachten. Auch wenn man eine solche visuelle Beobachtung bzw. Kontrolle vornehmen würde, bliebe das Schicksal eines ausgestoßenen und weiter zu transportierenden, zu bear- beitenden oder zu einem Paket zu komplettierenden Kerns gänzlich offen, da näm- lich auch bei der Manipulation oder Bearbeitung der Kerne, bei der Übergabe der Kerne oder gar bei der Paketierung der Kerne Defekte bzw. Beschädigungen auftre- ten können.

Aus der DE 195 34 984 C1 ist bereits ein gattungsbildendes Verfahren bekannt, bei dem das Formstück bzw. der Kern unter anderem auch nach der Entnahme aus der Kernschießmaschine berührungslos vermessen wird. Dies erfolgt in vorteilhafter -3- Weise mittels Kamera, wobei dort eine hinreichende Beleuchtung erforderlich ist.

Versteckte Bereiche bzw. Hinterschneidungen lassen sich gemäß dem gattungsbil- denden Verfahren nur dann inspizieren, wenn entweder mehrere Kameras zur Bild- aufnahme und somit auch zur Fehlerdetektion verwendet werden oder wenn eine Kamera relativ zu dem zu untersuchenden Objekt bzw. Kern bewegt wird. Beide Va- rianten erfordern einen erheblichen apparativen Aufwand und sind daher bereits aus Kostengründen problematisch. Außerdem behindert die Vorkehrung mehrerer Kame- ras den unmittelbaren Bereich um den jeweiligen Kern und somit die dort zum Ein- satz kommenden Manipulatoren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsbildendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Objekterkennung, insbeson- dere zur Fehlerdetektion an Werkstücken, vorzugsweise an geschossenen Kernen oder Kernpaketen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine hinreichend gute Objekterkennung und Fehlerdetektion mit geringstmöglichem apparativem bzw. konstruktivem Aufwand möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Objekterkennung löst die voranstehende Auf- gabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist ein gattungsbildendes Verfahren der voranstehend erörterten Art dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt von mindestens zwei Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen bzw. Winkeln beleuchtet wird und dass die Kamera das Objekt und die durch die Beleuchtung, bspw. auf dem Objekt oder auf einer Unterlage, entstehenden Schatten aufnimmt.

Dabei können die unterschiedlichen Lichtquellen zeitlich nacheinander eingeschaltet werden (Zeitmultiplex) oder-bei kontinuierlichem Betrieb aller oder einzelner Licht- quellen-von unterschiedlicher Farbe sein (Farb-, Wellenlängenmultiplex). Außer- dem sind Polarisationsmultiplexe bei entsprechend polarisiertem Licht möglich. Die Schatten können auf dem Objekt selbst, auf einer Unterlage, an einer Wand, auf ei- nem Schirm oder dgl. durch entsprechende Anordnung der Lichtquellen und daraus resultierende Projektionen entstehen.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass auch irregulär gestaltete Objekte, so bspw. Objekte mit Hinterschneidungen, Nischen, Ausnehmungen, etc. mit einer ein- zigen Kamera hinsichtlich etwaiger Fehler detektiert werden können, sofern man eine ganz besondere Beleuchtung vornimmt. In Abweichung zu den bislang bekannten Verfahren der hier in Rede stehenden Art werden zur Beleuchtung des zu untersu- chenden Objekts mindestens zwei Lichtquellen sequentiell oder farblich unterscheid- bar verwendet, wobei die beiden Lichtquellen das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen bzw. Winkeln-nacheinander oder in Gruppen-beleuchten, und zwar entsprechend der Geometrie des jeweiligen Objekts. Entsprechend der Anordnung der Lichtquelle zu dem jeweiligen Objekt wird ein Schatten eines Teils des Objekts auf die Unterlage oder auf andere Objektteile geworfen, so dass sich das Objekt mittels Schattenwurf"auseinanderziehen"bzw."aufspannen"lässt. Mit anderen Worten werden durch geschickte Anordnung der Lichtquellen ansonsten mit einer einzigen Kamera nicht erkennbare Bereiche aus ihrer"versteckten"Position heraus- projiziert und werden in Ergänzung zu den Konturen des Objekts als quasi zusätzli- che Bildinformation aufgenommen. Kritische Bereiche, die hinsichttich etwaiger De- fekte besonders anfällig sind, lassen sich so besonders gut untersuchen und zum Zwecke einer solchen-optischen-Untersuchung durch geeignete Projektion sogar vergrößern, so dass eine zufriedenstellende Detektion abermals begünstigt ist.

In ganz besonders vorteilhafter Weise ist die Beleuchtung bzw. sind die Lichtquellen schaltbar, so bspw. durch elektronische Mittel oder mittels mechanischem Shutter.

Auch lassen sich hierzu Leuchtstoffröhren ohne Elektroden verwenden.

Die hier in erfindungsgemäßer Weise gewählte Beleuchtung ist unempfindlich gegen Erschütterungen. Genauer gesagt beeinträchtigen Erschütterungen die Beleuch- tungsqualität kaum, da das Objekt durch einen recht breiten Lichtkegel ausgeleuchtet wird. Die Kamera nimmt dagegen quasi punktförmig auf und lässt sich insoweit obendrein miniaturisieren.

Erfindungsgemäß werden 3-D-Bildinformationen zur Fehlerdetektion genutzt, näm- lich unter Zugrundelegung der hier konkret beanspruchten Beleuchtung des Objekts.

In vorteilhafter Weise wird das Objekt durch mehrere, vorzugsweise drei bis fünf, Lichtquellen aus unterschiedlichen Richtungen bzw. Winkeln beleuchtet, wobei durch Zeit-oder Farbmultiplextechniken für jede Beieuchtungsrichtung separate Bilddaten aufgenommen werden. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass die Anzahl der erforderlichen Lichtquellen von der Komplexität des jeweiligen Objekts abhängt. Bei einfachen Geometrien wird man mit weniger Lichtquellen als bei komplizierten Geo- metrien auskommen.

Wie bereits zuvor erwähnt, dient eine einzige Kamera zur Aufnahme, wobei nachein- ander am gleichen Objekt getätigte Aufnahmen aus einer vorgegebenen Position heraus erfolgen. Dabei ist es durchaus denkbar, daß verschiedene Aufnahmen bei unterschiedlichen Beieuchtungszuständen getätigt werden, um nämlich sukzessive unterschiedliche Bereiche des Objekts über dessen Schattenwurf detektieren zu können. Die Kamera ist dabei jedenfalls ortsfest angeordnet, so daß insoweit auch bei schmutziger Umgebung bzw. Schadatmosphäre ein hinreichender Schutz der Kamera realisierbar ist.

Dabei ist es von weiterem Vorteil, wenn die Kamera das Objekt von oben, frontal oder aus sonstigen Richtungen aufnimmt, und zwar stets unter dem gleichen Winkel zu dem Objekt. Wie bereits zuvor erwähnt, könnte die Kamera zumindest im Bereich des Objektivs gekapselt sein, um nämlich eine Beschädigung der Kamera bzw. des empfindlichen Objektivs wirksam vermeiden zu können.

Die Kapselung der Kamera könnte dabei grundsätzlich geschlossen sein und würde lediglich zur Bildaufnahme-im Bereich des Objektivs-geöffnet werden. Ein opti- maler Schutz der Kamera wäre dadurch geschaffen.

Ein wesentlicher Bestandteil einer Vorrichtung zum Betreiben des erfindungsgemä- ßen Verfahrens ist der Rechner, der einerseits zur Steuerung von Beleuchtung und Kamera und andererseits zur Verarbeitung bzw. Aufbereitung und schließlich Spei- cherung der gewonnenen Daten dient. Dabei könnte es sich um einen handelsübli- chen PC mit modernster Prozessortechnik und hinreichendem Arbeitsspeicher han- deln.

Sinn und Zweck des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich weniger die bloße Detektion von Fehlern, sondern vielmehr das Zurverfügungstellen von Steuerungsdaten für den Produktionsprozeß, so bspw. für das Kernschießen. So könnte im Falle der Erkennung eines"Schlechtteils"wirksam vermieden werden, dass ein bspw. schadhafter Kern zur Paketierung gelangt und durch seine Anwesen- heit das gesamte Kernpaket als"Schlechtteil"qualifiziert. Insoweit ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn der Rechner mit einer speicherprogrammierbaren Steue- rung (SPS) kommuniziert, wobei zwischen dem Rechner und der speicherprogra- mierbaren Steuerung Prozess-und Ergebnissignale ausgetauscht werden. Eine Pro- zesssteuerung kann mit den gewonnenen und verarbeiteten sowie aufbereiteten Daten erfoigen.

In ganz besonders vorteilhafter Weise findet an den aufgenommenen Bildern bzw. an den diesbezüglichen Daten eine qualitative oder quantitative Bildverarbeitung statt.

Vom Prinzip her werden dort die Aufnahmen der jeweiligen Objekte mit einem Refe- renzbild verglichen. Dieses Referenzbild wird aus einem Referenzdatensatz berech- net, der aus N-Bildern von als"gut"eingestuften Werkstücken besteht. Das Refe- renzbild entspricht dem statistischen Mittelwert der Einzelbilder des Datensatzes.

Diese Vorgehensweise erlaubt eine Minderung des Einflusses der prozessinhärenten Variationsbandbreite von Gutteilen bei der Berechnung des Referenzbildes. Gleich- zeitig kann das Ausamaß der Variationsbandbreite innerhalb der Gutklasse benutzt werden, um die Schwellwerte bei der anschließenden Fehlerdetektion geeignet fest- zulegen, um nämlich eine zu hohe Falschalarmwahrscheinlichkeit zu vermeiden.

Letztendlich findet hier ein Soll-lst-Vergleich statt. Zum Zwecke dieses Vergleichs könnte ein Differenzbild erstellt werden, welches im Idealfall keinerlei Strukturen er- kennen ! äßt, so bspw. insgesamt schwarz ausgefüllt ist. In einem solchen Fall läge eine vollständige Übereinstimmung zwischen dem Prüfbild und dem Referenzbild vor.

Im Konkreten könnte die Bildverarbeitung eine Grobkorrelation umfassen, nämlich einen groben Vergleich mit den Daten des Referenzbildes bzw. mit vorzugsweise als Grauwerte vorgebbaren Grenzwerten. Diese Grenzwerte könnten variabel gestaltet sein, namlich vom Benutzer vorgegeben werden. Je Objekt können des weiteren mindestens zwei Bilder aufgenommen werden, die zur weiteren Verarbeitung aufad- diert oder voneinander subtrahiert werden.

In weiter vorteilhafter Weise umfasst die Bildverarbeitung eine automatische Lage- korrektur, die allfällige translatorische und rotatorische Positionierungenauigkeiten des aktuell zu untersuchenden Objekts gegenüber den Referenzdaten ausgleicht.

Hierdurch erreicht man eine deutliche Steigerung der Empfindlichkeit des Systems bzgl. den gesuchten Defekten. Die Lagekorrektur kann anhand fester Marken am Werkstück selbst erfolgen, kann aber auch alleine anhand signifikanter Objektstruk- turen mittels einer Korrelationstechnik durchgeführt werden.

Des weiteren könnte die Bildverarbeitung eine Helligkeitsanpassung zur Anpassung der Grauwerte der Aufnahme umfassen. Insoweit würde der Situation Rechnung ge- tragen, dass gleiche Objekte unterschiedlich stark reflektieren können, wodurch sich unterschiedliche Messwerte ergeben. Auch dabei werden systemimmanente Fehler kompensiert.

Wie bereits zuvor erwähnt, könnte die Bildverarbeitung des weiteren eine Subtraktion mit ggf. Filterfunktionen umfassen. Diese Subtraktion dient zur Verstärkung und Her- vorhebung der gesuchten Defekte. Die Filterfunktionen dienen zur Minderung von Störungen in den gewonnenen Daten, sofern dies aufgrund des Objektes möglich ist.

Schließlich umfasst die Bildverarbeitung eine Fehlerdetektion und gemäß den voran- stehenden Ausführungen bearbeiteten bzw. verarbeiteten Daten. Im Rahmen einer solchen Fehlerdetektion ist es von weiterem Vorteil, wenn die Detektionsempfindlich- keit für einen am Objekt auftretenden Fehler anhand eines vorgebbaren Schwell- wertes frei definierbar ist. Insoweit lasst sich ein Grenzwert zur Unterscheidung zwi- schen Gutteil und Schlechtteil vorgeben.

In weiter vorteilhafter Weise werden die Daten einer Bildaufnahme reduziert, indem man nämtich ein besonderes Rol-Handling realisiert, namlich nur Daten interessie- render Bereiche (Hegion Qf lnterest) weiterverarbeitet. Andere Daten sind dabei nicht von Interesse.

Im Konkreten könnten vorgebbare Bereiche des aufgenommenen Bildes extrahierbar oder eliminierbar sein. Zur Extraktion und/oder Elimination könnten wiederum Schwellwerte bzw. den Schwellwerten entsprechende Grauwerte vorgebbar sein, wobei die interessierenden Bereiche ohne weiteres auch über einen Monitor interak- tiv markierbar sind. Zu Fehlern bzw. Schäden neigende Bereiche können dabei mit ganz besonderer Aufmerksamkeit untersucht werden, wobei sich die Datenmenge insgesamt reduzieren lässt. Eine individuelle Parametrierung der einzelnen Rol's führt zu einer weiteren Steigerung der Detektionsleistung.

-8- Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmaie des Patentanspruches 25. Danach ist eine gattungsbildende Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß zur Beleuchtung des Objekts mindestens zwei Licht- quellen vorgesehen sind, die das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen bzw.

Winkeln beleuchten und daß die Kamera zur Aufnahme des Objekts und der durch die Beleuchtung auf einer Unterlage entstehenden Schatten dient. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nebengeordneten Patentansprüche sowie auf die Unteransprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allge- meinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Objekterkennung, wobei es sich hier um eine Vorrichtung zur Feh- lerdetektion an geschossenen Kernen handelt und Fig. 2 in einer schematischen Darstellung die Funktionsweise der erfindungs- gemäßen Vorrichtung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Vorrichtung zur Fehlerdetektion an geschossenen Kernen 1, wobei dort zwei Kerne 1 auf einer Unterlage 2 abgelegt sind. Bei der Unteriage 2 kann es sich um eine Transportpa- lette handeln.

Die Vorrichtung umfaßt eine Kamera 3 und zwei Lichtquellen 4, die die Kerne 1 aus unterschiedlichen Richtungen bzw. Winkeln beleuchten, so daß die Kamera 3 nicht nur die Kerne 1 entsprechend ihren Konturen, sondern auch durch die Lichtquellen 4 verursachte Schatten detektiert.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 dienen die Kamera 3 und die Lichtquelle 4 zur Bild- aufnahme des Kerns 1, wobei die Kamera 3 und auch die Lichtquelle 4 über einen Prozessor gesteuert sein können. Im Konkreten ist hier ein PC 5 vorgesehen, der von der Kamera 3 die aufgenommenen Bilder 7 erhält. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist des weiteren eine Prozeßsteuerung mittels SPS 6 vorgese- hen, wobei die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 6 mit dem PC 5 kommu- niziert, nämlich Prozess-und Ergebnissignale 8 übermittelt.

Ergänzend sei angemerkt, dass durch mehr oder weniger geschickte Anordnung der Lichtquelle 4 ein entsprechender Schatten des Objekts bzw. des Kerns 1 entsteht.

Die Länge der Schatten liefert Informationen bezüglich der z-Achse. Ein versteckter Bereich am Objekt kann somit regelrecht herausprojiziert werden, nämlich über des- sen Schatten. Eine Überprüfung dieses Bereichs ist auch dann möglich, wenn die Kamera 3 in einer dazu eigentlich ungeeigneten Position angeordnet ist. Entspre- chend der Projektion lassen sich auch bestimmte Bereiche des Objekts aus dem Blickwinkel der Kamera 3 indirekt inspizieren, die nicht direkt von Kamera 3 einseh- bar sind.

Am Monitor des PC 5 lassen sich verschiedene Anzeigen bzw. Anzeige-Modi reali- sieren. Mehrere Benutzerebenen könnten eingerichtet werden. Für verschiedene Kerntypen könnte ein automatischer Programmwechsel vorgesehen sein, um näm- lich die EDV-mäßigen Umrüstzeiten zu minimieren.

Des weiteren ist es denkbar, dass der PC 5 online mit einem Rechner der Wartungs- firma oder Herstellerfirma der gesamten Anlage verbunden ist. Insoweit könnte eine Wartung von der Ferne aus erfolgen.

Des weiteren ist wesentlich, dass die zuvor erörterte Methodik der Bildanalyse eine hohe Flexibilität der Detektion bzw. Auswertung liefert. Beliebige Bildmanipulationen sowie eine Reduktion der erforderlichen Daten ist möglich.

Schließlich sei noch angemerkt, dass die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 6 sowohl Startsignal als auch Signale betreffend einen automatischen Programm- wechsel an den PC 5 liefern könnte. Vom PC aus werden an die SPS 6 der Status oder Meßergebnisse betreffende Daten geliefert. Insoweit könnte die SPS 6 zu un- mittelbaren Prozesssteuerungen im Rahmen eines übergeordneten Fertigungspro- zesses verwendet werden.

Abschießend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass das zuvor erörterte Aus- führungsbeispiel lediglich der Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese je- doch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.