SENSORSYSTEMS Die vorliegende Erfindung betrifft eine Referenzplatte zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie-Sensorsystems.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie-Sensorsystems.

Deflektometrie-Sensorsysteme sind seit Jahren aus der Praxis bekannt. Lediglich beispielhaft sei dazu auf das Dokument DE 10 201 1 085 322 A1 verwiesen, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion einer Oberflächenstruktur einer spiegelnden Beschichtung mittels Deflektometrie offenbart.

Das Messprinzip der Deflektometrie ist besonders für die geometrische Vermessung von glänzenden oder spiegelnden Oberflächen geeignet. Dabei wird ein definiertes Bildmuster über die Spiegelung an der zu vermessenden Oberfläche des Messobjekts mit einer Kamera aufgenommen. Die Verzerrungen des Bildmusters durch die Oberfläche können mittels geeigneter Algorithmen ausgewertet und daraus die geometrischen Eigenschaften der Oberfläche rekonstruiert werden. Häufig wird das Bildmuster, zum Beispiel ein Grauwert- Sinusmuster, mittels eines Bildschirms erzeugt. Die Form des Sinusmusters ist bekannt. Bei Spiegelung des Bildmusters über das Messobjekt wird das Bildmuster verzerrt. Aus der Verzerrung kann dann die Geometrie der Oberfläche berechnet werden und/oder Defekte auf der Oberfläche detektiert werden.

In vielen Fertigungsbereichen werden immer höhere Anforderungen an die Qualität und das Erscheinungsbild der Oberfläche eines Bauteils gestellt. Insbesondere bei spiegelnden Oberflächen wird eine fehlerfreie Produktion vorausgesetzt. Häufig werden die Teile manuell geprüft, was zum Beispiel aufgrund von Ermüdung des Prüfpersonals zu Fehlerschlupf führt. Daher kann mittels robotergestützter Deflektometrie-Sensorsysteme eine automatische Oberflächen lnspektion von Bauteilen erfolgen, die aufgrund Ihrer Abmessungen mehrere Messpositionen erfordern.

Dazu kann der Deflektometrie-Sensor ein Streifenmuster als Bildmuster auf seinem Bildschirm darstellen, welches über die Oberfläche des Messobjekts in die Kameras des Deflektometrie-Sensors gespiegelt wird. Defekte auf der Oberfläche verursachen Abweichungen im Streifenmuster, die mit einer Software ausgewertet werden können. Ein Deflektometrie-Sensor - bestehend aus einem Bildschirm zur - Streifendarstellung (oder anderer Bildmusterdarstellungen) sowie einer oder mehrerer Kameras - wird von einem Roboter über das Messobjekt geführt. Dadurch können Objekte inspiziert werden, deren Geometrie mehrere Messpositionen erfordert. Anhand eines 3D-Modells (CAD) des Messobjekts wird das Roboterprogramm erstellt. Der Sensor wird vom Roboter über die relevanten Flächen geführt und inspiziert die Oberfläche. Die ermittelten Defekte werden ausgewertet und können in einem 3D-Modell angezeigt werden.

Bei Messsystemen, die auf Roboter bzw. auf Roboterarmen montiert sind, ist die Kalibrierung jedoch besonders aufwändig und kompliziert. Die Roboterachsen selbst können mit aus der Praxis bekannten Verfahren kalibriert werden, so dass ein eindeutiges Bezugssystem für den Tool Center Point (TCP) definiert ist. Wird ein Messsystem durch den Roboter bzw. durch den Roboterarm bewegt, so ist damit auch die genaue Lage des Messsystems bekannt. Sofern das Messsystem selbst kalibriert ist, ist eine exakte Geometrievermessung des Messobjekts möglich.

Bei einem Deflektometrie-Sensorsystem ist jedoch problematisch, dass die exakte Position von der Kamera - als Erfassungselement einer Erfassungseinrichtung - und von dem durch das Messobjekt zu reflektierenden Bildmuster (und damit der Bildschirm als Bilderzeugungseinrichtung) relativ zueinander unter der Nebenbe- dingung der spiegelnden Reflexion durch das Messobjekt bekannt sein müssen. Des Weiteren kann der Deflektometrie-Sensor eines Deflektometrie- Sensorsystems auch mehrere Kameras aufweisen, wodurch eine Vielzahl von relativen Positionen zueinander (jede Kamera zum Bildschirm und die Kameras untereinander) bestimmt sein müssen. Bildverarbeitende Messprinzipien erfordern meist eine Kalibration der Messvorrichtung. Verfahren zur Kalibrierung einer Kamera bzw. eines Systemaufbaus sind aus der Praxis bekannt. Beispielsweise kann dafür ein Referenztarget verwendet werden. Das Referenztarget kann ein definiertes Muster mit bekannten geometrischen Eigenschaften aufweisen, so dass anhand des Referenztargets die Kamera kalibriert werden kann. Ein aus der Praxis bekanntes Referenztarget für die Bildverarbeitung besteht aus einer flachen Platte, auf der ein definiertes Muster aufgedruckt ist. Dieses Referenztarget ist für ein Deflektometrie- Sensorsystem jedoch nur eingeschränkt nutzbar, da damit nur die Kamera kalibrierbar ist. Eine Kalibrierung der gesamten Messanordnung bzw. des Messaufbaus ist nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Referenzplatte und ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie- Sensorsystems der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass mit konstruktiv einfachen Mitteln eine einfache und möglichst zeitsparende Überprüfung und/oder Kalibrierung des Deflektometrie- Sensorsystems realisiert ist.

Erfindungsgemäß ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Referenzplatte zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie-Sensorsystems angegeben, wobei das Deflektometrie-Sensorsystem eine Bilderzeugungseinrichtung und eine Erfas- sungseinrichtung mit mindestens einem Erfassungselement umfasst, wobei die Referenzplatte eine spiegelnde Oberfläche aufweist, und wobei zur Überprüfung von mindestens einem Systemparameter des Deflektometrie-Sensorsystems die spiegelnde Oberfläche mit einem vordefinierten, Markierungen umfassenden Muster versehen ist.

In Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst. Danach ist ein Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie-Sensorsystems angegeben, wobei das Deflektometrie-Sensorsystem eine Bilderzeugungseinrichtung und eine Erfassungseinrichtung mit mindestens einem Erfassungselement umfasst, wobei mittels einer Referenzplatte eine Funktionsprüfung des Deflektometrie- Sensorsystems durchgeführt wird, wobei die Referenzplatte eine spiegelnde Oberfläche aufweist, die mit einem vordefinierten, Markierungen umfassenden Muster versehen ist, wobei mit dem Erfassungselement bzw. mit den Erfassungselementen der Erfassungseinrichtung ein Bild von der Referenzplatte aufgenommen wird, und wobei anhand des aufgenommenen Bildes bzw. anhand der aufgenommenen Bilder mindestens ein System parameter des Deflektometrie- Sensorsystems bestimmt bzw. überprüft wird.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass es hinsichtlich einer einfachen und möglichst zeitsparenden Kalibrierung eines Deflektometrie-Sensorsys- tems von ganz besonderem Vorteil ist, wenn mit möglichst wenig Kalibrierwerkzeugen möglichst viele Systemparameter des Messsystems überprüfbar und/oder kalibrierbar sind. Erfindungsgemäß ist dazu eine Referenzplatte vorgesehen, die eine spiegelnde Oberfläche aufweist und wobei zur Überprüfung von mindestens einem System parameter des Deflektometrie-Sensorsystems die Oberfläche der Referenzplatte mit einem vordefinierten Muster versehen ist. Dabei umfasst das Muster Markierungen, die zur Überprüfung und Ermittlung mehrerer Sys- temparameter verwendbar sind. Somit wird mittels der Referenzplatte eine Funktionsprüfung des Deflektometrie-Sensorsystems durchgeführt, wobei mit dem Erfassungselement bzw. mit den Erfassungselementen der Erfassungseinrichtung ein Bild von der Referenzplatte aufgenommen wird. Anhand des aufgenommenen Bildes bzw. - bei mehreren Erfassungselementen - anhand der jeweils aufgenommenen Bilder wird mindestens ein Systemparameter des Deflektometrie- Sensorsystems bestimmt und/oder überprüft.

Folglich sind mit der erfindungsgemäßen Referenzplatte und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kalibrierung und/oder Überprüfung eines Deflektometrie- Sensorsystems eine Referenzplatte und ein Verfahren angegeben, wonach mit konstruktiv einfachen Mitteln eine einfache und möglichst zeitsparende Überprüfung und/oder Kalibrierung des Deflektometrie-Sensorsystems ermöglicht ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass ein Deflektometrie-Sensorsystem eine Bilderzeugungseinrichtung und eine Erfassungseinrichtung umfasst. Als Bilderzeugungseinrichtung kann zum Beispiel ein Bildschirm bzw. Monitor verwendet werden. Die Erfassungseinrichtung dient zur Bildaufnahme eines über ein Messobjekt gespiegeltes Bild bzw. Bildmuster der Bilderzeugungseinrichtung. Die Erfassungseinrichtung kann ein oder mehrere Erfassungselemente aufweisen. Zweckmäßigerweise kann als Erfassungselement eine Kamera verwendet werden. Ein Deflektometrie-Sensor eines Deflektometrie-Sensorsystems kann beispielsweise aus der Bilderzeugungseinrichtung und der Erfassungseinrichtung gebildet werden und dabei vorzugsweise als eine Einheit ausgebildet sein.

Im Konkreten kann der Deflektometrie-Sensor des Deflektometrie-Sensorsystems mehrere Kameras als Erfassungselemente umfassen, damit ein größeres Sichtfeld vermessen werden kann. Die Kameras sind an der Bilderzeugungseinrichtung, zum Beispiel einem Bildschirm, angeordnet. Dabei ist es denkbar, dass die Kameras beispielsweise an den Ecken oder Kanten, oder nur auf einer Seite der Bilderzeugungseinrichtung angeordnet sind. Es ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Referenzplatte so ausgestaltet ist, dass jede Kamera der Erfassungseinrichtung des Deflektometrie-Sensors ein auf die geometrische Anordnung angepasstes Muster„sieht". Da die Kameras in vorteilhafter Weise derart angeordnet sein können, dass man ein möglichst großes Sichtfeld erhält, sollte die Referenzplatte zweckmäßigerweise der Größe des Sichtfelds entsprechen. Durch die Anordnung der Kameras kann es sein, dass das Sichtfeld auf die Referenzplatte perspektivisch verzerrt ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung von Markierungen des vordefinierten Musters diese Verzerrung weitgehend ausgleicht, zum Beispiel indem die vorgebbaren Markierungen perspektivisch angeordnet werden. Somit kann das Sichtfeld einer Kamera beispielsweise auch an den Ecken überprüft und kalibriert werden. Um Montage- und Fertigungstoleranzen zu kompensieren, kann die Position der Bilderzeugungseinrichtung und/oder der Erfassungseinrichtung vor der Referenzplatte bei der Inbetriebnahme des Deflektometrie-Sensorsystems zusätzlich korrigiert werden. Sofern die Bilderzeugungseinrichtung zusammen mit der Erfassungseinrichtung als Deflektometrie-Sensor ausgebildet ist und dieser Deflektometrie-Sensor auf einem Roboter montiert ist, kann eine zusätzliche Korrektur durch eine Korrektur-Transformation im Roboter erfolgen. Die Korrektur- Transformation kann derart bestimmt werden, dass die tatsächlichen SD- Koordinaten von Markierungen, zum Beispiel codierte Marken, mit den theoretischen 3D-Koordinaten bestmöglich übereinstimmen. Durch die korrigierte Sensorcheck-Position des Roboters, d. h. die Position des Roboters zur Durchführung der Funktionsprüfung des Deflektometrie-Sensorsystems, steht der Deflektometrie-Sensor wieder ideal zur Referenzplatte. Insbesondere ist damit sichergestellt, dass die Position des Deflektometrie-Sensors bzw. der Bilderzeugungseinrichtung und der Erfassungseinrichtung relativ zum Messobjekt sensor-, anlagen- und roboterübergreifend identisch ist.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen des vordefinierten Musters - zumindest in der Draufsicht auf die Oberfläche der Referenzplatte - in Form eines regelmäßigen Rasters angeordnet sein. Somit ist eine besonders einfache und zuverlässige Kalibrierung und/oder Überprüfung des Deflektometrie- Sensorsystems möglich. Dabei ist denkbar, dass die Markierungen gemäß den Gitterpunkten eines strukturierten Gitters auf der Oberfläche angeordnet sind. Als strukturierte Gitter könnten beispielsweise rechtwinklige Gitter, gleichmäßige Gitter und/oder kartesische Gitter verwendet werden. Das kartesische Gitter stellt - mit einer quadratischen Gitterstruktur - den einfachsten Fall dar, wobei die Abstände zwischen den Markierungen jeweils gleich sind. In der Draufsicht betrachtet wird von den Markierungen somit eine Quadratfläche eingeschlossen. In der Draufsicht ist derart zu verstehen, dass die Markierungen des vordefinierten Musters in einer Ebene oder auch in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Ebenen angeordnet sein könnten. Zweckmäßigerweise ist die Anordnung der Markierungen des vordefinierten Musters bzw. die Struktur des vordefinierten Musters bekannt. Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung der Markierungen des vordefinierten Musters bzw. die Struktur des vordefinierten Musters gemäß einer vordefinierten, statistischen Verteilung vorgesehen sein.

In weiter vorteilhafter Weise können die Markierungen nicht-planar auf der spiegelnden Oberfläche angeordnet sein. Somit ist denkbar, dass eine nicht-planare Ausführung der Referenzplatte realisiert wird, wobei die Markierungen in unter- schiedlichen Höhen auf der Referenzplatte angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, dass neben der Bestimmung der externen Systemparameter der Erfassungseinrichtung bzw. deren Erfassungselementen wie beispielsweise die 3D-Position und 3D-Orientierung der Erfassungselemente (3 x Rotation, 3 x Translation) auch eine Bestimmung der internen Systemparameter der Erfassungseinrichtung möglich ist. Interne System parameter der Erfassungseinrichtung umfassen beispielsweise optische Verzeichnungen und/oder Skalierungsfaktoren, etc. In weiter vorteilhafter Weise kann das vordefinierte - Markierungen umfassende - Muster auf der spiegelnden Oberfläche der Referenzplatte derart ausgebildet sein, dass das vordefinierte Muster eine oder mehrere Markierungsgruppen umfasst und dass unter Berücksichtigung der geometrischen Anordnung des Deflektometrie-Sensorsystems für jedes Erfassungselement der Erfassungsein- richtung eine Markierungsgruppe zur Bildaufnahme vorgesehen ist. Eine Markierungsgruppe kann dabei als Gruppe von mehreren Markierungen verstanden werden. Zweckmäßigerweise kann eine Markierungsgruppe dabei an das jeweilige Erfassungselement der Erfassungseinrichtung individuell angepasst sein, wobei zum Beispiel eine perspektivische Verzerrung durch die Anordnung des Deflektometrie-Sensorsystem berücksichtigt wird.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen Farbmarken umfassen.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen codierte Marken umfassen. Co- dierte Marken sind beispielsweise Marken mit codierter Punktnummer. Dazu kann eine codierte Marke ein Muster tragen, das einem Code entspricht, der eine eindeutige Nummerierung repräsentiert. Zum Beispiel können linien-, ring- oder flächenhaft verteilte Punktcodierungen verwendet werden, die um den eigentlichem Messpunkt herum angeordnet sind. Dadurch können Codes mit mehreren hundert verschiedenen Punktnummern erzeugt werden. Die codierten Marken können zweckmäßigerweise derart ausgebildet sein, dass sie gegenüber Lage, Drehung und Größe invariant sind. Des Weiteren können codierte Marken gegenüber perspektiver oder affiner Verzerrung invariant ausgebildet sein. Anhand der codierten Marken kann eine Korrektur-Transformation in einem Roboter erzeugt werden, die derart bestimmt wird, dass die tatsächlichen 3D- Koordinaten der codierten Marken mit den theoretisch vorgebbaren SD- Koordinaten bestmöglich übereinstimmen. Folglich kann mittels der berechneten Korrektur-Transformation die Position des Roboters, auf dem ein Deflektometrie- Sensor montiert ist, derart korrigiert werden, dass der Deflektometrie-Sensor wieder ideal zur Referenzplatte steht. Somit ist insbesondere gewährleistet, dass die Position des Deflektometrie-Sensors, d.h. umfassend Bilderzeugungseinrichtung und Erfassungseinrichtung, relativ zum Messobjekt sensor-, anlagen- und roboterübergreifend identisch ist. Eine Verwendung von codierten Marken hat den besonderen Vorteil, dass nicht sämtliche vorhandenen codierten Marken - Codemarken - im Kamerabild sichtbar sein müssen. Es reicht aus, eine Teilmenge der codierten Marken zu betrachten, da durch die Kodierung die Markierungen eindeutig den einzelnen Punktpositionen zugeordnet werden können.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen Siemenssterne umfassen. Somit kann auf raffinierte Weise anhand der Siemenssterne Schärfe, Kontrast und/oder Sichtbereiche der Erfassungseinrichtung bzw. von deren Erfassungslementen bestimmt, ermittelt und/oder ausgewertet werden. Siemenssterne bieten den Vorteil, dass beispielsweise die Schärfe unabhängig von der Größe des Siemenssterns bestimmt werden kann.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen vordefinierte Konturkanten umfassen. Somit lässt sich auf raffinierte Weise die Schärfe eines Bildes über die Steilheit der vordefinierten Konturkanten bestimmen.

In vorteilhafter Weise können die Markierungen ein vordefiniertes Testchart umfassen. Als Testchart kann zum Beispiel ein Strichgitter, ein Schärfentiefetester und/oder ein Auflösungstestbild (USAF, NBS) verwendet werden.

In vorteilhafter Weise können die Siemenssterne in dem vordefinierten Muster bzw. in den - vom vordefinierten Muster umfassten - Markierungsgruppen derart angeordnet sein, dass in jedem Eckbereich eines durch ein Erfassungselement der Erfassungseinrichtung aufgenommenen Bildes ein Siemensstern vorhanden ist. Sonnit kann der gesamte Bildbereich eines Erfassungselements zur Funktionsprüfung des Deflektometrie-Sensorsystems verwendet werden.

In vorteilhafter Weise können die Siemenssterne in dem vordefinierten Muster bzw. in den vom vordefinierten Muster umfassten Markierungsgruppen derart angeordnet sein, dass jeweils im mittleren Bereich eines durch ein Erfassungselement der Erfassungseinrichtung aufgenommenen Bildes ein Siemensstern vorhanden ist. Dadurch kann der gesamte Bildbereich abgedeckt werden, insbesondere die Ecken und die Mitte. Somit ist auf raffinierte Weise eine Kontrolle der Schärfe, zum Beispiel von rechts-oben nach links-unten - trotz perspektivischer Draufsicht - durchführbar.

In vorteilhafter Weise kann die Referenzplatte zur Funktionsprüfung derart angeordnet werden, dass von der Bilderzeugungseinrichtung umfasste Bildpunkte durch Spiegelung über die Referenzplatte auf die Erfassungseinrichtung abgebildet werden. In vorteilhafter Weise kann die Referenzplatte dabei in einem vordefinierten Abstand zur Erfassungseinrichtung positioniert werden. Somit ist der Abstand zwischen Erfassungseinrichtung und Referenzplatte bekannt und kann zur Berechnung von Systemparametern verwendet werden. Folglich kann die Referenzplatte in einem vordefinierten Abstand zur Erfassungseinrichtung und mit vordefinierter Neigung in Relation zur Erfassungsrichtung positioniert werden, so dass eine exakte und präzise Deflektometrie-Messung und eine entsprechende Systemparameterberechnung ermöglicht ist. In vorteilhafter Weise kann die Bilderzeugungseinrichtung mit homogener Helligkeit betrieben werden. In besonders vorteilhafter Weise wird dabei auf bzw. mit der Bilderzeugungseinrichtung ein weißes Bild erzeugt. Als Bilderzeugungseinrichtung ist beispielsweise ein Bildschirm, ein Monitor bzw. eine ein Bildmuster erzeugende Lichtquelle denkbar. Somit kann das vordefinierte - Markierungen umfassende - Muster auf der Oberfläche der Referenzplatte auf einem weißen Hintergrund dargestellt werden und zur Überprüfung und/oder Kalibrierung von Systemparametern des Deflektometrie-Sensorsystems einfach und optimal ausgewertet werden. In vorteilhafter Weise kann auf der Bilderzeugungseinrichtung ein vordefiniertes, Markierungen umfassendes Muster und/oder eine vordefinierte, Markierungen umfassende Mustersequenz erzeugt werden. Somit kann - zusätzlich zur Verwendung von Markierungen auf der Referenzplatte - über den Einsatz von Markierun- gen (Muster) und/oder Mustersequenzen auf der Bilderzeugungseinrichtung die Position der Bilderzeugungseinrichtung überprüft und/oder kalibriert werden. Zum Beispiel kann aus deflektometrischen Messungen mit verschiedenen Streifenbreiten (Schwebungsaufnahmen) eine Korrespondenz zwischen Erfassungselementpixel und Bilderzeugungseinrichtungspixel hergestellt werden. D. h. für jeden Pixel/Bildpunkt der Kamera kennt man die zugehörige Position auf dem Bildschirm. Diese Pixelpositionen können, ggf. umgerechnet in eine metrische Einheit, zusätzlich zu Markierungen auf der Referenzplatte für eine Kamerakalibrierung verwendet werden. Somit können intrinsische und/oder extrinsische Kameraparameter bezüglich der virtuellen Bildschirmposition (geradliniger Strahlengang) ermittelt werden. Mit Hilfe der Markierungen auf der Referenzplatte kann die reale Position der Referenzplatte ermittelt werden, und damit schließlich auch die reale Position des Bildschirms. Sind des Weiteren die geometrischen Eigenschaften der Referenzplatte bekannt, kann sogar das deflektometrische Messergebnis der Referenzplatte selbst im Sinne einer Referenzmessung für die Überwachung und/oder Kalibrierung der deflektometrischen Einheit verwendet werden. Ist die Referenzplatte beispielsweise ein (nahezu) perfekter Planspiegel, so kann unter der Nebenbedingung der Ebenheit aus den bekannten Positionen der Markierungen die relativen Positionen von Bilderzeugungseinrichtung bzw. Bildschirm und Erfassungseinrichtung bzw. deren Erfassungselement überwacht und/oder kalibriert werden.

In vorteilhafter Weise kann das mit dem Erfassungselement bzw. das mit den Erfassungselementen jeweils aufgenommene Bild eine Markierungen umfassende Markierungsgruppe umfassen, wobei anhand der mit dem Bild aufgenommenen Markierungsgruppe der mindestens eine System parameter des Deflektometrie- Sensorsystems bestimmt wird. Folglich können anhand von individuell an ein Erfassungselement angepassten Markierungsgruppen Systemparameter des jeweiligen Erfassungselements präzise ausgewertet und überprüft werden. In vorteilhafter Weise können Systemparameter des Deflektometrie- Sensorsystems mindestens einen Schärfeparameter, mindestens einen Sichtbereichsparameter, mindestens einen Helligkeitsparameter, mindestens einen Positionsparameter und/oder mindestens einen Roboterkorrekturparameter umfassen. Somit sind sämtliche wesentlichen Systemparameter eines Deflektometrie-Sensorsystems berücksichtigt, wodurch eine präzise Funktionsweise des Deflektometrie-Sensorsystems gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weise können zur Ermittlung des Schärfeparameters eines Erfas- sungselements der Erfassungseinrichtung Schärfewerte von Siemenssternen des vordefinierten Musters detektiert und/oder ausgewertet werden. Sofern die Erfassungseinrichtung mehrere Erfassungselemente aufweist, kann das jeweilige Erfassungselement die Siemenssterne berücksichtigen, die sich innerhalb der dem jeweiligen Erfassungselement zugeordneten Markierungsgruppe befinden. Somit kann ein relevanter Systemparameter eines Deflektometrie-Sensorsystems berücksichtigt werden.

In vorteilhafter Weise können zur Ermittlung des Sichtbereichsparameters eines Erfassungselements der Erfassungseinrichtung Positionen von Siemenssternen des vordefinierten Musters detektiert und/oder ausgewertet werden. Sofern die Erfassungseinrichtung mehrere Erfassungselemente aufweist, kann das jeweilige Erfassungselement die Siemenssterne berücksichtigen, die sich innerhalb der dem jeweiligen Erfassungselement zugeordneten Markierungsgruppe befinden. Somit kann ein relevanter Systemparameter eines Deflektometrie-Sensorsystems berücksichtigt werden.

In vorteilhafter Weise kann zur Ermittlung des Helligkeitsparameters eines Erfassungselements der Erfassungseinrichtung eine Grauwertbestimmung in einem vorgebbaren, vorzugsweise mittleren, Bildbereich des durch das Erfassungselement erfassten Bildes durchgeführt werden. Dabei wird der Bildbereich in vorteilhafter Weise derart ausgewählt, dass in dem Bildbereich keine Markierungen des vordefinierten Musters vorhanden sind. Mit anderen Worten kann die Helligkeit über die nicht bedruckten Bereiche der spiegelnden Oberfläche ermittelt werden, indem das Bild der Bilderzeugungseinrichtung im Spiegel, d. h. in der spiegelenden Oberfläche der Referenzplatte, betrachtet wird. Sonnit kann ein relevanter Systemparameter eines Deflektometrie-Sensorsystems berücksichtigt werden. In vorteilhafter Weise kann zur Helligkeitskorrektur des Deflektometrie-Sensorsystems eine neue Helligkeitseinstellung der Bilderzeugungseinrichtung zum Erreichen eines Sollgrauwerts der Erfassungseinrichtung aus einem mit vordefinierter Helligkeitseinstellung der Bilderzeugungseinrichtung aufgenommenen Grauwert der Erfassungseinrichtung berechnet werden. Demnach kann zur Helligkeitskorrektur des Deflektometrie-Sensorsystems eine neue Helligkeitseinstellung der Bilderzeugungseinrichtung für einen Sollgrauwert der Erfassungseinrichtung aus der bisherigen Helligkeitseinstellung, dem daraus resultierenden aktuellen Grauwert sowie einem annähernd bekannten Zusammenhang dieser Werte berechnet werden. Somit ist es nun möglich, durch eine Applikationssoftware im laufenden Betrieb automatisiert und regelmäßig die Helligkeit der Bilderzeugungseinrichtung einzustellen und damit den Helligkeitsabfall der Bilderzeugungseinrichtung zu korrigieren. Da dies im Rahmen einer täglichen Funktionsprüfung erfolgen kann, ist kein zusätzlicher Zeitaufwand erforderlich. Des Weiteren kann automatisiert eine Aufforderung zum Ersetzen der bisherigen - alten - Bilderzeugungseinrichtung abgegeben werden, sobald die Bilderzeugungseinrichtung soweit gealtert ist, dass die maximale Helligkeitseinstellung nicht mehr ausreicht, um den Helligkeitsabfall zu kompensieren. Somit kann auf raffinierte Weise und vorzugsweise automatisiert im produktiven Einsatz ein konstantes Messergebnis erzielt werden.

In vorteilhafter Weise können zur Ermittlung des Positionsparameters eines Erfassungselements Positionen von codierten Marken des vordefinierten Musters detektiert und/oder ausgewertet werden. Sofern die Erfassungseinrichtung mehrere Erfassungselemente aufweist, kann das jeweilige Erfassungselement die codierten Marken berücksichtigen, die sich innerhalb der dem jeweiligen Erfassungselement zugeordneten Markierungsgruppe befinden. Somit kann ein relevanter Systemparameter eines Deflektometrie-Sensorsystems berücksichtigt werden. In vorteilhafter Weise können zur Ermittlung des Roboterkorrekturparameters, insbesondere zur Ermittlung einer 3D-Transformation als Roboterkorrekturparameter, Abstände zwischen Soll-Position und aktueller Position der codierten Marken bestimmt werden, wobei mittels eines Minimierungsalgorithmus der Roboterkorrekturparameter bzw. die SD-Transformation berechnet wird. Somit kann ein relevanter System parameter eines Deflekto- metrie-Sensorsystems berücksichtigt werden. Im Konkreten können beispielsweise über eine zuvor erfolgte Kamerakalibrierung und über eine aktuelle Kamerapositionsprüfung für detektierte codierte Marken aller Kameras folgende Informationen verfügbar sein:

- Soll-3D-Koordinaten der codierten Marken laut CAD (computer-aided design)

- Aktuelle 3D-Koordinaten der codierten Marken nach Kamerapositionsprü- fung.

Das Ziel ist nun, den Deflektometrie-Sensor so zu positionieren bzw. zu korrigieren, dass diese beiden 3D-Punktmengen bestmöglich übereinstimmen. Demnach kann für jede detektierte codierte Marke der Abstand zwischen Soll- Position und aktueller Position bestimmt werden. Im Sinne eines Minimierungsproblems (zum Beispiel Summe der Abstandsquadrate aller Punkte aller Kameras soll minimal sein) kann eine 3D-Transformation (3x Rotation, 3x Translation) berechnet werden, die zur Korrektur der Roboterposition verwendet wird, um die aktuell gemessenen 3D-Positionen der codierten Marken näher an die Soll-Positionen zu bringen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Referenzplatte können zur Online-Überwachung und Online-Kompensation von Deflektometrie-Sensoren bzw. Deflektometrie-Sen- sorsystemen eingesetzt werden. Mit einer einzelnen Referenzplatte können meh- rere bzw. eine Vielzahl von System parametern eines Deflektometrie- Sensorsystems geprüft, überwacht, kompensiert und/oder kalibriert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können die Funktionsfähigkeit eines Deflektometrie-Sensors bzw. eines Deflektometrie-Sensorsystems bei der Fertigung sicherstellen und im Laufe seiner Lebensdauer die Funktionsfähigkeit überprüfen. Dazu kann die Position, Schärfe und Helligkeit der Kameras des Deflektometrie-Sensors sowie deren Sichtbereiche eingestellt bzw. überprüft und bewertet werden. Stimmen einzelne Systemparameter - abgesehen von einstellbaren Toleranzen - nicht mit vorgegebenen Sollwerten überein, so ist die Funktionsfähigkeit nicht mehr gewährleistet und der Sensor sollte entweder nachjustiert oder getauscht werden.

Die Funktionsprüfung kann zum einen am Ende des Fertigungsprozesses stattfin- den, sodass nur Deflektometrie-Sensoren, deren Systemparameter innerhalb definierter Grenzen liegen, ausgeliefert werden.

Zum anderen sollten die Systemparameter der Deflektometrie-Sensoren im Laufe ihrer Lebenszeit ebenfalls innerhalb dieser Grenzen bleiben, wodurch eine regel- mäßige Funktionsprüfung der Parameter für Position, Schärfe, Helligkeit und Sichtbereiche im laufenden Betrieb der Anlage erforderlich ist. Abhängig von den berechneten Ergebnissen der Funktionsprüfung können entsprechende Meldungen an Bediener bzw. an die Anlagensteuerung ausgegeben werden. Verzichtet man auf eine Überprüfung der Solleigenschaften des Deflektometrie- Sensors am Ende des Fertigungsprozesses bzw. während des Einsatzes des Sensors, so liefern Sensoren aus unterschiedlichen Fertigungsabläufen bzw. durch Änderungen wie beispielsweise Alterung, mechanische Verformung, Temperaturänderung etc., im Laufe Ihrer Lebenszeit zunächst voneinander unterschiedliche Messergebnisse. Auswertungsparameter für Algorithmen, die auf diesen Messdaten, zum Beispiel zur Defekterkennung auf spiegelnden Oberflächen oder zur 3D Geometrierekonstruktion der Oberfläche aufsetzen, sind dann fortlaufend anzupassen, um einheitliche Ergebnisse sicherzustellen. Unterschiede in der Fertigung verhindern ferner beispielsweise einen einfachen Tausch von Deflektometrie-Sensoren im Sinne von Ersatzteilen in zugehörigen Prüfanlagen ohne etwaige Anpassung der nachfolgenden Auswerteparameter. Ein einheitlicher paralleler Betrieb mehrerer Anlagen mit mehreren solcher Sensoren ist ebenfalls schwer zu erreichen. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 und dem Anspruch 10 nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht einen beispielhaften Aufbau eines

Deflektometrie-Sensorsystems zur Anwendung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Referenzplatte oder des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Referenzplatte,

Fig. 3 in einer schematischen Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß

Fig. 2, wobei mehrere Markierungsgruppen auf der beispielhaften Referenzplatte dargestellt sind,

Fig. 4 in schematischer Ansicht vier Bilder der Referenzplatte gemäß Fig. 2 bzw. gemäß Fig. 3, die jeweils mit einer Kamera eines vier Kameras umfassenden Deflektometrie-Sensorsystems aufgenommen worden sind,

Fig. 5 einen beispielhaften Siemensstern für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Referenzplatte und zur Schärfeprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer Sichtbereichsprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer Kamerapositionsprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Diagramm zur Veranschaulichung der Alterung eines Bildschirms in Bezug auf die relative Lichtemission, ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Kameragrauwert und Bildschirmhelligkeit eines Deflektometrie-Sensors, ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Bildschirmhelligkeit und Backlighteinstellung des Bildschirms eines Deflektometrie-Sensors, ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Kameragrauwert und Backlighteinstellung des Bildschirms eines Deflektometrie-Sensors und ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Bildschirmhelligkeit und Backlighteinstellung im Intervall [80; 100] eines Deflektometrie-Sensors.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen beispielhaften Aufbau eines Deflektometrie-Sensorsystems zur Anwendung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Referenzplatte oder des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Deflektometrie-Sensorsystem gemäß Fig. 1 umfasst einen Deflektometrie-Sensor 1. Der Deflektometrie-Sensor 1 umfasst einen Bildschirm 2 als Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Bildmusters. Des Weiteren umfasst der Deflektometrie-Sensor 1 eine Kamera 3 als Erfassungselement einer Erfassungseinrichtung. Die Kamera 3 nimmt das Spiegelbild des durch das Messobjekt 4 - reflektierten Bildmusters auf. Das Messobjekt 4 weist eine glänzende bzw. spiegelnde Oberfläche auf.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Referenzplatte. Die in Fig. 2 dargestellte Referenzplatte 5 weist auf ihrer Oberfläche ein vordefiniertes - Markierungen umfassendes - Muster auf. Das vordefinierte Muster besteht aus codierten Marken 6, die in Form eines regelmäßigen Rasters angeordnet sind. Anstelle einiger codierter Marken sind Siemenssterne 7 als Markierungen angeordnet. Die in einer Draufsicht gezeigte Referenzplatte 5 ist für die Kalibrierung eines Deflektometrie-Sensors mit vier Kameras ausgelegt. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, wobei mehrere Markierungsgruppen auf der beispielhaften Referenzplatte 5 dargestellt sind. Fig. 3 zeigt die Gruppierung der Siemenssterne 7 in einer Markierungsgruppe je nach Kamera. Jeweils vier Siemenssterne 7 sind so angeordnet, dass sie im Sichtfeld einer Kamera liegen. Die erste Markierungsgruppe 8 ist für die erste Kamera, die zweite Markierungsgruppe 9 für die zweite Kamera, die dritte Markierungsgruppe 10 für die dritte Kamera und die vierte Markierungsgruppe 1 1 für die vierte Kamera. Die Siemenssterne 7 sind dabei so angeordnet, dass eine perspektivische Verzerrung durch die Bildaufnahme berücksichtigt ist.

Fig. 4 zeigt in schematischer Ansicht vier Bilder der Referenzplatte 5 gemäß Fig. 2 bzw. gemäß Fig. 3, die jeweils mit einer Kamera eines vier Kameras umfassenden Deflektometrie-Sensorsystems aufgenommen worden sind. Im Konkreten zeigt Fig. 4 die Bilder 8', 9', 10' und 1 1 ' der jeweiligen Kamera. Das Bild 8' bildet die Markierungsgruppe 8 gemäß Fig. 3 ab. Das Bild 9' bildet die Markierungsgruppe 9 gemäß Fig. 3 ab. Das Bild 10' bildet die Markierungsgruppe 10 gemäß Fig. 3 ab. Das Bild 1 1 ' bildet die Markierungsgruppe 1 1 gemäß Fig. 3 ab. Durch die perspektivische Anordnung der Siemensterne 7 auf der Referenzplatte erscheinen diese im Kamerabild jeweils an den Ecken, so dass das gesamte Kamerabild der Kameras zur Kalibrierung verwendet werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Deflektometrie-Sensorsystems mittels einer speziell dafür entwickelten Referenzplatte als Referenztarget durchgeführt. Dabei wird der Deflektometrie-Sensor - umfassend einen Bildschirm als Bilderzeugungseinrichtung und einer Erfassungseinrichtung mit einer oder mehreren Kameras als Erfassungselemente - vor der Referenzplatte in einem definierten Abstand positioniert und für jede Kamera ein Bild aufgenommen, das dann im Anschluss ausgewertet und bewertet wird. Die Anordnung entspricht der Deflektometrie-Bedingung, d. h. die Referenzplatte ist so positioniert, dass die Pixel/Bildpunkte des Bildschirms in spiegelnder Anordnung - Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel - auf die Kameras abgebildet werden.

Die Referenzplatte umfasst einen Oberflächenspiegel, der mit einem vordefinierten Muster versehen ist, das an verschiedenen Positionen Markierungen aufweist. Das vordefinierte Muster wird zur Prüfung verschiedener Systemparametergrößen verwendet. Das vordefinierte Muster auf der Referenzplatte kann beispielsweise aus einer Kombination von codierten Marken und Siemenssternen bestehen.

Die codierten Marken werden gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Bestimmung der 3D-Position der Kameras (3 x Rotation, 3 x Translation) verwendet. Die Siemenssterne werden zur Bestimmung der Schärfe, des Kontrasts und der Sichtbereiche verwendet, wobei die Siemensterne so angeordnet sind, dass pro Kamera ein Stern in der Mitte und in den vier Ecken des durch eine Kamera aufgenommenen Bildes vorhanden ist. Die Helligkeit kann über die nicht bedruckten Bereiche des Spiegels ermittelt werden, indem das vom Bildschirm erzeugte Bild in der spiegelnden Oberfläche der Referenzplatte betrachtet wird. Für die Kalibrierung der Kameras der Erfassungseinrichtung des Deflektometrie- Sensors wird zunächst der Bildschirnn mit homogener Helligkeit betrieben, beispielsweise Weiß. Das vordefinierte Muster auf der Referenzplatte wird daher auf einem weißen Hintergrund dargestellt und kann zur Kalibrierung der Kamera einfach ausgewertet werden.

Im Rahmen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung kann - zusätzlich zur Verwendung von Markierungen auf der Referenzplatte - die Verwendung von Markierungen (Muster) oder Mustersequenzen auf der Bilderzeugungseinrichtung für Überwachungszwecke und/oder zur Kalibrierung der Position der Bilderzeugungseinrichtung eingesetzt werden.

In beispielhafter Weise kann aus deflektometrischen Messungen mit verschiedenen Streifenbreiten (Schwebungsaufnahmen) eine Korrespondenz zwischen Kamera- und Bildschirmpixel hergestellt werden. D. h. für jeden Bildpunkt der Kamera kennt man die zugehörige Position auf dem Bildschirm. Diese Pixelpositionen können, umgerechnet in eine metrische Einheit, zusätzlich zu Markierungen auf der Referenzplatte für die Kamerakalibrierung verwendet und somit intrinsische und/oder extrinsische Kameraparameter bzgl. der virtuellen Bildschirmposition (geradliniger Strahlengang) ermittelt werden. Mit Hilfe der Markierungen auf der Referenzplatte lässt sich die reale Position der Referenzplatte ermitteln, und damit schließlich auch die reale Position des Bildschirms. Sind zusätzlich die geometrischen Eigenschaften der Referenzplatte bekannt, kann das deflektometrische Messergebnis der Referenzplatte selbst im Sinne einer Referenzmessung für die Überwachung und Kalibrierung der deflektometrischen Einheit verwendet werden. Ist die Referenzplatte beispielsweise ein (nahezu) perfekter Planspiegel, so kann unter der Nebenbedingung der Ebenheit aus den bekannten Positionen der Markierungen die relative Positionen von Bildschirm und Kamera überwacht und/oder kalibriert werden. Zur Bewertung der verschiedenen Prüfkriterien werden Sollwerte und Toleranzen abgeprüft, innerhalb derer die Messwerte liegen müssen, um als „in Ordnung" bzw. akzeptabel bewertet zu werden. Liegen ermittelte Messwerte des Deflektometrie-Sensorsystems außerhalb der vorgegebenen Toleranzen, wird das Deflektometrie-Sensorsystem als„nicht in Ordnung" qualifiziert und kann so nicht weiter verwendet werden.

In einem zweiten Schritt kann auf dem Bildschirm ein definiertes Bildmuster erzeugt werden, das über die Referenzplatte gespiegelt und von der Erfassungseinrichtung bzw. deren Kameras als Erfassungselemente aufgenommen wird. Über die Spiegelung des vom Bildschirm dargestellten Bildmusters kann dann die Relativposition von Bildschirm und Kameras zueinander kalibriert werden. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, mit einer Bildaufnahme pro Kamera sämtliche zu überprüfenden System parameter bestimmen zu können, wodurch eine schnelle und einfache Prüfung des Deflektometrie-Sensorsystems zum Beispiel in der Fertigungslinie möglich ist. Verwendet man nicht-planare Ausführungen der Referenzplatte, d. h. ein Ausführungsbeispiel der Referenzplatte, das insbesondere Markierungen - wie beispielsweise codierte Marken und/oder Siemenssterne - in unterschiedlichen Höhen auf der Oberfläche der Referenzplatte aufweist oder führt man die zur Funktionsprüfung beschriebenen Aufnahmen aus mehreren Relativpositionen zwischen Deflektometrie-Sensor und Referenzplatte durch, so ist neben der Bestimmung von externen Kameraparametern, zum Beispiel 3D-Position und SD- Orientierung der Kameras (3 x Rotation, 3 x Translation), auch eine Bestimmung der internen Kameraparameter möglich. Folglich kann eine vollständige Kalibrierung des optischen Systems und - zudem - des kompletten Deflektometrie-Sensorsystems realisiert werden.

Ein beispielhafter Prozedurablauf der Funktionsprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wie folgt durchgeführt werden: Der Deflektometrie-Sensor (umfassend einen Bildschirm als Bilderzeugungseinrichtung und mehrere Kameras als Erfassungselemente der Erfassungseinrichtung) und die Referenzplatte werden mit einem vordefinierten Abstand zueinander und mit einer vordefinierten Neigung positioniert. Darstellung eines weißen Bildes auf dem Bildschirm des Deflektometrie- Sensors. Mit allen Kameras des Deflektometrie-Sensors werden Aufnahmen der Referenzplatte angefertigt. Prüfung der Schärfe. Liegt der Schärfewert der Erfassungseinrichtung des Deflektometrie-Sensors außerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, kann der Deflektometrie-Sensor nicht weiter betrieben werden. Prüfung der Sichtbereiche. Liegen die Abweichungen der Sichtbereiche der Erfassungseinrichtung des Deflektometrie-Sensors außerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, kann der Deflektometrie-Sensor nicht weiter betrieben werden. Prüfung der Helligkeit. Liegt die Helligkeit des Bildschirms des Deflektometrie-Sensors außerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, so wird der Bildschirm nachkalibriert. Prüfung der Position der Kameras der Erfassungseinrichtung. Liegt eine Kameraposition außerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, kann der Deflektometrie-Sensor nicht weiter betrieben werden. Prüfung der Roboterkorrektur. Führt die berechnete Korrektur zu einer besseren Position des Sensors vor der Referenzplatte und liegt innerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, wird der Roboter, auf dem der Deflektometrie-Sensor montiert ist, neu korrigiert. Liegt die Korrektur außerhalb eines vorgebbaren Betriebsbereichs, kann der Deflektometrie- Sensor nicht weiter betrieben werden.

9. Ausgabe von Warnsignalen, wenn ein Tausch des Deflektometrie-Sensors bevorsteht, bzw. Ausgabe von Fehlersignalen, wenn der Deflektometrie-

Sensor nicht mehr weiter betrieben werden kann.

Diese Prozedur kann in vorteilhafter Weise in regelmäßigen Zeitintervallen wie zum Beispiel 1 -mal pro Tag durchgeführt werden.

Im Folgenden werden die einzelnen Prüfungsschritte gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und anhand von Fig. 5 bis Fig. 12 beschrieben:

Schärfeprüfung:

Zur Überprüfung der Schärfe des Deflektometrie-Sensors werden die Schärfewerte aller Siemensterne jeder Kamera ausgewertet. In vorteilhafter Weise erfolgt dies automatisch.

Die - als Markierungen auf der Oberfläche der Referenzplatte angeordneten - Siemenssterne sind so aufgebaut, dass jeder Siemensstern eine feste Anzahl von Segmenten aufweist. Je schärfer das durch eine Kamera aufgenommene Bild ist, desto weiter nach innen sind die einzelnen Segmente sichtbar. Somit kann ein Maß für die Schärfe 1 minus das Verhältnis des Radius, bei dem noch alle Segmente des Siemenssterns eindeutig erkannt werden können (von außen nach innen), zum Radius des Siemenssterns sein. Der Wertebereich der Schärfe kann somit von 0% (ganz außen) bis 100% (ganz innen) sein.

Durch Umrechnung des Schärfewertes in Prozent in einen Wert, der unabhängig von der Größe des Siemenssterns ist, können verschieden große Siemenssterne zur Beurteilung der Schärfe herangezogen werden. Eine entsprechende Berech- nung ergibt sich wie folgt:

_{■ / /■} ■ ■ » <■„■ x Anzahl Segmente

Lp/mm (Linienpaare/Milhmeter) = -

Pi * Schärfewert[%] * Durchmesser

Fig. 5 zeigt einen beispielhaften Siemensstern 12 für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Referenzplatte und zur Schärfeprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der nicht mehr aufgelöste, unscharfe Bereich d dort 18 Prozent des Gesamtbereichs D beträgt.

Zur Beurteilung der Gesamt-Schärfe einer Kamera, d. h. einem Erfassungselement der Erfassungseinrichtung, kann beispielsweise das Minimum der Schärfewerte aller„sichtbaren" Siemenssterne der Kamera verwendet werden. Mit „sichtbar" sind hier diejenigen Siemenssterne gemeint, die durch das aufgenommene Bild der Kamera detektiert werden können.

Sichtbereichsprüfung:

Die Überprüfung der Sichtbereiche kann durch die Überwachung der Siemenssternpositionen erfolgen. Die Sollpositionen werden beispielsweise durch ein CAD-Modell vorgegeben. Fig. 6 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer Sichtbereichsprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Kamera positionsprüfung:

Zur Bestimmung der Position einer Kamera werden die auf der Referenzplatte angeordneten codierten Marken herangezogen. In vorteilhafter Weise werden diese automatisch detektiert. Fig. 7 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Veranschaulichung einer Kamerapositionsprüfung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Da die realen bzw. tatsächlichen Koordinaten der codierten Marken - aufgrund der durch den Code eindeutigen Nummerierung - auf der Referenzplatte bekannt sind, lässt sich mit Hilfe der vorher kalibrierten Kamera die aktuelle 3D-Lage der Referenzplatte bzgl. der Kamera bestimmen. Dies kann zur Überwachung bzw. Überprüfung der Kameraposition verwendet werden, da die Referenzplatte und auch die Roboterposition ortsfest gehalten werden.

Roboterkorrekturprüfung:

Zur Bestimmung einer Roboterkorrektur, um Montage und Fertigungstoleranzen zu kompensieren, können die detektierten codierten Marken aller Kameras der Erfassungseinrichtung des Deflektometrie-Sensors herangezogen werden. Dazu werden alle codierten Marken mit Hilfe der Informationen aus Kamerakalibrierung und aktuell bestimmter Kameraposition in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt.

Die zu berechnende Lösung eines Minimierungsproblems liefert dann eine Transformation, die alle codierten Marken im Raum bestmöglich auf die ideale CAD- Position abbilden. Diese Transformation wird als Korrektur im Roboter hinterlegt, um den Deflektometrie-Sensor bestmöglich auszurichten.

Helligkeitsprüfung:

Um bei einer deflektometrischen Messung reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, sollte die Helligkeit des Bildschirms annähernd konstant sein. Aufgrund der Alterung eines Bildschirms nimmt die Helligkeit im Laufe der Zeit ab. Dies ist beispielhaft in Fig. 8 dargestellt. Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Alterung eines Bildschirms in Bezug auf die relative Lichtemission, wobei die relative Lichtemission in Prozent gegen die Zeit aufgetragen ist. Je größer die Helligkeitsschwankungen im Laufe der Zeit sind, umso höher sind der Parametrieraufwand und das Auftreten von Messfehlern.

Daher wird das Backlight des Bildschirms eines Deflektometrie-Sensors so eingestellt, dass die Helligkeit in der Mitte des Bildschirms einen vergebbaren Sollwert, der nicht der maximalen Helligkeit entspricht, annimmt. In regelmäßigen Abständen wird die Helligkeit kontrolliert werden und der durch die Alterung verursachte Helligkeitsabfall durch eine Erhöhung der Backlight-Helligkeit ausgeglichen werden. Hierzu sind in der Praxis ein externes Messgerät sowie viele manuelle Schritte notwendig.

Besonders bei den Sensoren in der Lackfehlerkontrolle ist dies im produktiven Einsatz in der Linie mit erheblichem Aufwand verbunden. So muss beispielsweise

- der Karosseneinlauf gesperrt werden, - die Messzelle betreten werden,

- der Deflektometrie-Sensor am Roboter in eine Wartungsposition gefahren werden,

- eine längere Wartezeit zum Ausgleich von lagebedingten Helligkeitsschwankungen eingehalten werden,

- ein Helligkeitsmessgerät auf den Bildschirm aufgelegt werden,

- eine Verbindung zwischen Bildschirm und einem Laptop hergestellt werden,

- die Helligkeit durch eine Software unter Berücksichtigung des Helligkeitsmessgeräts durch einen zu verbindenden Laptop oder an Menütasten am Bildschirm eingestellt werden,

- die Messzelle wieder verlassen werden,

- der Roboter zurück auf eine Home-Position gefahren werden

- und der Karosseneinlauf wieder freigegeben werden. Für diesen Ablauf werden mindestens 30 Minuten pro Sensor benötigt. Da dies während der laufenden Produktion kaum möglich ist, sind dafür teilweise Wochenendeinsätze nötig. Eine Nachkalibrierung der Helligkeit ist deswegen nur in größeren Zeitabständen möglich. Daraus ergibt sich die Anforderung, die Bildschirmhelligkeit in kurzen Abständen automatisiert nachstellen zu können, ohne dafür die Produktion unterbrechen zu müssen.

Zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Deflektometrie-Sensorsystems wird, zum Beispiel täglich, der zuvor beschriebene Prozedurablauf als„Sensorcheck" durchgeführt. Im Rahmen der Funktionsprüfung wird zur Helligkeitsprüfung für jede Kamera des Deflektometrie-Sensors in einem Rechteck in der Mitte des jeweiligen Bilds der mittlere Grauwert in den unbedruckten Bereichen des Spiegels, d. h. der spiegelnden Oberfläche der Referenzplatte, bestimmt. Dieser mittlere Grauwert wird nachfolgend als„Kameragrauwert" bezeichnet.

Die Blenden der Kameraobjektive werden bei der Sensorfertigung so eingestellt, dass bei der Zielhelligkeit des Bildschirms ein definierter Kameragrauwert erreicht wird. Sinkt die Helligkeit des Bildschirms aufgrund von Alterung des Bildschirms, werden die mit den Kameras - im Rahmen der Funktionsprüfung - aufgenommenen Bilder dunkler und der Kameragrauwert nimmt ab. Wird das Backlight heller eingestellt, steigt die Bildschirmhelligkeit und die durch die Kameras aufgenommenen Bilder werden heller, also nimmt der Kameragrauwert zu. Aufgrund dieses Zusammenhangs zwischen Kameragrauwert, Backlighteinstellung und Bildschirmhelligkeit kann aus den im Rahmen der Funktionsprüfung aufgenommenen Bildern geschlossen werden, ob und wie weit das Backlight nachzujustieren ist, um den alterungsbedingten Helligkeitsabfall des Bildschirms auszugleichen.

Die nachfolgenden, experimentell bestimmten Ergebnisse beziehen sich auf einen aus der Praxis bekannten, beispielhaften Bildschirm mit Bildschirm-Controller, wobei die Kameraobjektive so eingestellt sind, dass eine Bildschirmhelligkeit von 600cd/m ² zu einem Kameragrauwert von 230 führt.

Über den Bildschirm-Controller kann das Backlight eines Bildschirms in 1 %-Schrit- ten von 0% bis 100% geregelt werden. Der Bildschirm verfügt über eine maximale Helligkeit von 800cd/m ² .

Zwischen dem Kameragrauwert GW und der Bildschirmhelligkeit DH besteht ein linearer Zusammenhang. Dies ist in dem Diagramm gemäß Fig. 9 dargestellt, das zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Kameragrauwert und Bild- schirmhelligkeit eines Deflektometrie-Sensors dient. In Fig. 9 ist der Kameragrauwert gegen die Bildschirmhelligkeit in cd/m ² aufgetragen. Ein vollkommen überbelichtetes Kamerabild hat einen Kameragrauwert von 255. Aufgrund der Überbelichtung ist der lineare Zusammenhang nur für Kameragrauwerte im Intervall [0; 250] gültig.

Der lineare Zusammenhang wird durch den Sollgrauwert GWsoii und der Sollhelligkeit DHsoii bestimmt:

GW = ^^ * DH mit GWsoii = 230 und DHsoii = 600cd/m ² bei der verwendeten Konfiguration.

Fig. 10 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Bildschirmhelligkeit und Backlighteinstellung des Bildschirms eines Deflektometrie-Sensors, wobei der Kameragrauwert gegen die Backlighteinstellung in Prozent aufgetragen ist. Gemäß dem Diagramm aus Fig. 10 verhält sich die Backlighteinstellung im Intervall [0%; 95%] linear zur Bildschirmhelligkeit. Bei einer Backlighteinstellung von 0 hat der Bildschirm eine Resthelligkeit von ca. 180cd/m ² (vgl. Fig. 10), die einen Kameragrauwert GWo von etwa 70 verursacht, vgl. Fig. 1 1. Fig. 1 1 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen Kameragrauwert und Backlighteinstellung des Bildschirms eines Deflektometrie-Sensors, wobei der Kameragrauwert gegen die Backlighteinstellung in Prozent aufgetragen ist.

Bei einer Backlighteinstellung von 95% bis 100% ist die Bildschirmhelligkeit annähernd konstant. Dies kann aus dem Diagramm gemäß Fig. 12 entnommen werden, das den Zusammenhangs zwischen Bildschirmhelligkeit und Backlighteinstellung im Intervall [80; 100] eines Deflektometrie-Sensors veranschaulicht. In Fig. 12 ist die Bildschirmhelligkeit in cd/m ² gegen das Backlight aufgetragen.

Damit lässt sich die benötigte Backlighteinstellung BLneu für einen Sollgrauwert GWsoii der Kameras in Abhängigkeit vom aktuellen Kameragrauwert GWaktuell, dem Nullgrauwert GWo und von der aktuellen Backlighteinstellung BLaktueii berechnen durch:

₌ GW _SO|I - GW ₀

n ^{eu "} GW _aktuell - GW ₀ ™ mit GWsoii = 230 bei der verwendeten Konfiguration.

Der Bildschirm-Controller verfügt über eine RS232-Schnittstelle, über die die Bildschirmeinstellungen, wie z.B. das Backlight, abgefragt und gesetzt werden können. Durch eine Lichtwellenleiterverbindung kann der Sensor am Roboter mit dem Sensor-PC verbunden werden.

Damit ist es nun möglich, durch die Applikationssoftware im laufenden Betrieb au- tomatisiert und regelmäßig das Backlight des Bildschirms einzustellen und damit den Helligkeitsabfall des Bildschirms zu korrigieren. Da dies im Rahmen der täglichen Funktionsprüfung bzw. Sensorchecks erfolgen kann, ist kein zusätzlicher Zeitaufwand nötig. Außerdem kann automatisiert eine Aufforderung zum Ersetzen des alten Bildschirms abgegeben werden, sobald der Bildschirm soweit gealtert ist, dass die maximale Backlighteinstellung nicht mehr ausreicht, um den Helligkeitsabfall zu kompensieren. Somit kann automatisiert im produktiven Einsatz ein konstantes Messergebnis erzielt werden.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Refe- renzplatte und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschrie- benen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Referenzplatte bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

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Bezugszeichenliste

1 Deflektometne-Sensor

2 Bildschirm

3 Kamera

4 Messobjekt

5 Referenzplatte

6 Codierte Marke

7 Siemensstern

8 Markierungsgruppe

9 Markierungsgruppe

10 Markierungsgruppe

11 Markierungsgruppe

12 Siemensstern

8' Kamerabild

9' Kamerabild

10' Kamerabild

11' Kamerabild