(19)
(11)EP 3 754 324 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
23.12.2020  Patentblatt  2020/52

(21)Anmeldenummer: 19181318.7

(22)Anmeldetag:  19.06.2019
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
G01N 15/14(2006.01)
G01N 21/88(2006.01)
G01N 21/94(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
KH MA MD TN

(71)Anmelder: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
80686 München (DE)

(72)Erfinder:
  • Schütz, Jan
    79110 Freiburg (DE)
  • Blättermann, Alexander
    79110 Freiburg (DE)
  • Brandenburg, Albrecht
    79110 Freiburg (DE)

(74)Vertreter: WSL Patentanwälte Partnerschaft mbB 
Kaiser-Friedrich-Ring 98
65185 Wiesbaden
65185 Wiesbaden (DE)

  


(54)VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM KLASSIFIZIEREN EINER PARTIKELARTIGEN VERUNREINIGUNG AUF EINER OBERFLÄCHE


(57) Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung (2) auf einer Oberfläche (1) eines Prüflings (7) mit den Schritten: Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) ersten Beleuchtungsrichtung (9), Erfassen eines ersten Bildes der von der Strahlung aus der ersten Beleuchtungsrichtung (9) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) ersten Beobachtungsrichtung (8), Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) zweiten Beleuchtungsrichtung (10), Erfassen eines zweiten Bildes der von der Strahlung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) zweiten Beobachtungsrichtung, wobei a) entweder die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind oder b) die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind, Berechnen eines Maßes für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild und Einordnen der Verunreinigung (2) in mindestens eine erste und eine zweite Klasse anhand des berechneten Maßes für die Ähnlichkeit.




Beschreibung


[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Prüflings.

[0002] Verunreinigungen mit Partikeln stellen in der industriellen Fertigung ein erhebliches Problem dar. Es sind daher Systeme zur Inspektion der technischen Sauberkeit von Prüflingen bekannt.

[0003] Zum Erfassen der Quantität von partikelartigen Verunreinigungen auf Bauteiloberflächen sind optische Systeme bekannt. Diese können jedoch die Partikel nicht nach einer Art der Partikel klassifizieren.

[0004] Das Standardverfahren zur Klassifizierung von partikelartigen Verunreinigungen auf der Oberfläche eines Prüflings ist nach VDA 19 bzw. ISO 16232 etabliert. Verunreinigungen werden dabei von dem zu inspizierenden Bauteil abgespült und aus der Spülflüssigkeit gefiltert. Die Filtermembran wird anschließend unter ein Mikroskop gelegt und die gesammelten Partikel bildgebend analysiert und klassifiziert. Zur Ermittlung des Materials der Partikel wird ein Bild mit gekreuzten Polarisatoren hinter der Beleuchtung und vor der Kamera aufgenommen. Hierdurch werden metallische Reflexe unterdrückt, diese gelangen nicht in die Kamera. Die Partikel erscheinen als dunkle Bereiche auf dem hellen Filtermaterial. Zur Unterscheidung metallischer von nicht-metallischen Partikeln wird ein zweites Bild ohne gekreuzte Polarisatoren aufgenommen. Erscheinen nun helle glänzende Reflexe im Bereich des Bildes, in dem ein Partikel vorhanden ist, so wird das Partikel als metallisch klassifiziert. Partikel ohne solche hellen Glanz-Reflexe werden als nicht-metallisch klassifiziert. Das etablierte Standardverfahren zum Klassifizieren partikelartiger Verunreinigungen nach der Art ihres Materials erfordert somit nach wie vor einen komplizierten Extraktionsprozess und eine anschließende Analyse im Labor.

[0005] Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche ein Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung unmittelbar auf der Oberfläche des Prüflings ermöglichen. So kann eine Analyse und Klassifizierung im Labor entfallen und stattdessen gelingt eine Klassifizierung direkt im Produktionsprozess.

[0006] Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird durch ein Verfahren zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Prüflings gelöst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Beleuchten der Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung ersten Beleuchtungsrichtung, Erfassen eines ersten Bildes der von der Strahlung aus der ersten Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung mit einer bezogen auf die Verunreinigung ersten Beobachtungsrichtung, Beleuchten der Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung zweiten Beleuchtungsrichtung, Erfassen eines zweiten Bildes der von der Strahlung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung mit einer bezogen auf die Verunreinigung zweiten Beobachtungsrichtung, wobei a) entweder die erste Beleuchtungsrichtung und die zweite Beleuchtungsrichtung voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind oder b) die erste Beleuchtungsrichtung und die zweite Beleuchtungsrichtung gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung und die zweite Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind, Berechnen eines Maßes für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild und Einordnen der Verunreinigung in mindestens eine erste und eine zweite Klasse anhand des berechneten Maßes für die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass partikelartige Verunreinigungen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften einen unterschiedlichen Glanz aufweisen. Dabei wird unter dem Glanz die Fähigkeit einer Oberfläche verstanden, elektromagnetische Strahlung dem Reflexionsgesetz folgend zu reflektieren. Dem gegenüber steht die diffuse Streuung an Oberflächen mit einer höheren Rauheit. Die diffuse Streuung wird als Mattheit der Oberfläche wahrgenommen.

[0008] Da die diffuse Streuung an einer rauen Oberfläche ein statistischer Prozess ist, unterscheiden sich zwei unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen bei identischer Beobachtungsrichtung erfasste oder zwei bei identischen Beleuchtungsbedingungen aus zwei unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen erfasste Bilder nicht oder nur in einem geringem Maße. Bei partikelartigen Verunreinigungen mit einem hohen Glanz, d.h. einem hohen Anteil an Reflexion, hingegen ändert sich die Reflexion in Abhängigkeit von der Beleuchtungsrichtung und der Beobachtungsrichtung.

[0009] Entscheidend für die Realisierung des Verfahrens und der Vorrichtung ist es, dass für die beiden zu vergleichenden Bilder die partikelartige Verunreinigung entweder aus unterschiedlichen Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wurde oder aus unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen erfasst wurde.

[0010] Während die zwei Beleuchtungsrichtungen oder die zwei Beobachtungsrichtungen in Bezug auf die Verunreinigung dadurch realisiert werden können, dass zwei Beleuchtungsquellen die Verunreinigung mit zwei voneinander verschiedenen Beleuchtungsrichtungen beleuchten oder zwei Kameras die Verunreinigung mit unterschiedlichen Erfassungsrichtungen erfassen, ist es auch möglich, die Probe zwischen dem Erfassen des ersten Bildes und dem Erfassen des zweiten Bildes um eine Schwenkachse zu verschwenken, sodass die Beleuchtung oder die Erfassung der Verunreinigung bezogen auf diese mit zwei voneinander verschiedenen Richtungen erfolgt.

[0011] In einer Ausführungsform gemäß Alternative a) erfolgen das Erfassen des ersten Bildes ausschließlich bei Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung und das Erfassen des zweiten Bildes ausschließlich bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung.

[0012] In einer Ausführungsform erfolgt das Erfassen des ersten und des zweiten Bildes zeitlich nacheinander, sodass Zeit verbleibt, die elektromagnetische Strahlung unter der ersten Beleuchtungsrichtung auszuschalten und die elektromagnetische Strahlung unter der zweiten Beleuchtungsrichtung einzuschalten.

[0013] Allerdings sind ebenso Ausführungsformen denkbar, bei welchen die Verunreinigung gleichzeitig aus den beiden Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wird. Bei einer solchen Ausführungsform ist es notwendig, dass die elektromagnetische Strahlung der beiden Beleuchtungsrichtungen sich unterscheidet. Eine mögliche Unterscheidung ist die Verwendung verschiedener Wellenlängen für die Strahlung unter der ersten Beleuchtungsrichtung und die Strahlung unter der zweiten Beleuchtungsrichtung. Es versteht sich, dass diese beiden Wellenlängen dann in der Kamera von verschiedenen Pixeln erfasst werden müssen und getrennt zu dem ersten Bild und dem zweiten Bild weiterverarbeitet werden müssen.

[0014] Bei einer Ausführungsform gemäß der Variante b), bei welcher die beiden Beleuchtungsrichtungen identisch sind, jedoch die beiden Bilder aus voneinander verschiedenen Beobachtungsrichtungen aufgenommen werden, ist es offensichtlich, dass beide Bilder auch gleichzeitig erfasst werden können. In einer weiteren Ausführungsform gemäß Variante b) erfolgen das Erfassen des ersten Bildes ausschließlich in der ersten Beobachtungsrichtung und das Erfassen des zweiten Bildes ausschließlich in der zweiten Beobachtungsrichtung.

[0015] Für die Realisierung der vorliegenden Erfindung ist es unerheblich, in welchem Wellenlängenbereich die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Beleuchtungsrichtung und mit der zweiten Beleuchtungsrichtung liegt. Jedoch ist in einer Ausführungsform der Erfindung die elektromagnetische Strahlung sichtbares Licht oder Strahlung im infraroten Frequenzbereich.

[0016] Es versteht sich, dass die ersten und zweiten Bilder in einer Ausführungsform mit einer Kamera erfasst werden, insbesondere einer Digitalkamera, beispielsweise einer CCD-Kamera oder einer CMOS-Kamera.

[0017] Zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung eignen sich eine Vielzahl von Strahlungsquellen, insbesondere aber Leuchtdioden. Wenn von der Beleuchtungsrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung die Rede ist, so ist diese in einer Ausführungsform gegeben durch eine Verbindungslinie zwischen der Quelle für die elektromagnetische Strahlung und der zu erfassenden partikelartigen Verunreinigung auf der Oberfläche. Hat die jeweilige Quelle für die elektromagnetische Strahlung eine endliche Ausdehnung, so fällt die Beleuchtungsrichtung in einer Ausführungsform mit einerSymmetrieachse der ausgedehnten Strahlungsquelle zusammen.

[0018] Ein Maß für die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild lässt sich mit den aus der Bildverarbeitung bekannten Methoden und Algorithmen berechnen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird als Maß für die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild die quadratische Abweichung zwischen den beiden Bildern herangezogen.

[0019] Soll allgemein eine Aussage getroffen werden, ob auf der Oberfläche partikelartige Verunreinigungen einer ersten Klasse vorhanden sind oder nicht, so kann in einer Ausführungsform ein vergleichsweise großer Bildausschnitt mit einer Mehrzahl von partikelartigen Verunreinigungen betrachtet werden. Liegt die Ähnlichkeit zwischen den beiden Bildern über oder unter einem bestimmten Schwellenwert, so kann in einer Ausführungsform beispielsweise davon ausgegangen werden, dass partikelartige Verunreinigungen der einen oder der anderen Klasse überhaupt nicht vorhanden sind.

[0020] Soll allerdings ein Klassifizieren jeder einzelnen Verunreinigung erfolgen, so muss für den Vergleich zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild die Bildgröße oder der betrachtet Bildausschnitt so gewählt werden, dass nur genau eine Verunreinigung in den ersten und zweiten Bildern bei der Berechnung des Maßes für die Ähnlichkeit berücksichtigt wird. Dann lässt sich durch das Berechnen des Maßes für die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild eine einzelne partikelartige Verunreinigung klassifizieren.

[0021] In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bezeichnen die erste Klasse und die zweite Klasse jeweils eine Art eines Materials der Verunreinigung, wobei die Verunreinigung die Art des Materials einer der ersten und zweiten Klassen aufweist, wobei wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Verunreinigung in die erste Klasse eingeteilt wird und wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild unter dem Schwellenwert liegt, die Verunreinigung in die zweite Klasse eingeteilt wird. Grundsätzlich ist es möglich, die partikelartige Verunreinigung in mehr als zwei Klassen einzuordnen. Es versteht sich, dass in diesem Fall eine Mehrzahl von Schwellenwerten festgelegt werden muss, die jeweils ein Entscheidungskriterium für das Einordnen in die verschiedenen Klassen bilden.

[0022] In einer Ausführungsform der Erfindung bezeichnet die erste Klasse ein Material mit einer ersten Oberflächenrauheit und die zweite Klasse bezeichnet ein Material mit einer zweiten Oberflächenrauheit, wobei die erste Oberflächenrauheit größer ist als die zweite Oberflächenrauheit. Geht man davon aus, dass die zunehmende Oberflächenrauheit der Anteile der diffusen Streuung von der Oberfläche der Verunreinigung zunimmt, so folgt, dass, wenn das erste Bild und das zweite Bild eine hohe Ähnlichkeit aufweisen, die partikelartige Verunreinigung mit hoher Wahrscheinlichkeit das Material mit der ersten Oberflächenrauheit ist. Demgegenüber ist es wahrscheinlich, dass dann, wenn das erste und das zweite Bild eine geringe Ähnlichkeit aufweisen, das Material die zweite, geringere Oberflächenrauheit hat.

[0023] Ein Beispiel für zwei Klassen von Materialien von Verunreinigungen, die sich mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens einordnen lassen, sind Kunststoff und Metall. Metall führt aufgrund seines höheren Glanzes zu Bildern mit einer geringeren Ähnlichkeit, während Kunststoff aufgrund seiner Oberflächenrauheit und der daraus folgenden diffusen Streuung an der Oberfläche zu Bildern mit höherer Ähnlichkeit führt.

[0024] Im Folgenden werden die Winkel zwischen den Beleuchtungsrichtungen oder die Winkel zwischen den Beobachtungsrichtungen betrachtet. Dabei wird im vorliegenden Sinne als Azimutwinkel der Winkel zwischen zwei Beleuchtungsrichtungen oder zwei Beobachtungsrichtungen verstanden, dessen Winkelscheitel von einer Normalen auf der Oberfläche gebildet wird. Dieser Azimutwinkel ist gemessen in einer Ebene senkrecht zu dieser Normalen auf der Oberfläche. Mit anderen Worten ausgedrückt wird als Azimutwinkel im Sinne der vorliegenden Anmeldung derjenige Winkel verstanden, den die Beleuchtungsrichtungen oder die Beobachtungsrichtungen in einer Projektion auf die Oberfläche einschließen. Im Gegensatz dazu wird als Elevationswinkel im Sinne der vorliegenden Anmeldung der Winkel verstanden, den eine Beleuchtungsrichtung oder eine Beobachtungsrichtung in einer Ebene, welche die Normale auf der Oberfläche enthält und die senkrecht zur Oberfläche ist, mit der Oberfläche einschließt.

[0025] Während es grundsätzlich möglich ist, die grundlegende Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens zu realisieren, solange die erste Beleuchtungsrichtung und die zweite Beleuchtungsrichtung oder die erste Beobachtungsrichtung und die zweite Beobachtungsrichtung irgendeinen von 0° verschiedenen Winkel einschließen, hat in einer Ausführungsform der Azimutwinkel zwischen der ersten Beleuchtungsrichtung und der zweiten Beleuchtungsrichtung einen Wert in einem Bereich von 80° bis 110°, vorzugsweise von 90°. In einer Ausführungsform der Erfindung hat der Azimutwinkel zwischen der ersten Beobachtungsrichtung und der zweiten Beobachtungsrichtung einen Wert in einem Bereich von 80° bis 110°, vorzugsweise von 90°. Für einen Winkel um 90° herum führt eine partikelartige Verunreinigung mit maximalem Glanz zu ersten und zweiten Bildern mit maximaler Unähnlichkeit.

[0026] Zum Erhöhen des "Kontrastes" zwischen zwei Bildern mit geringer Ähnlichkeit und zwei Bildern mit hoher Ähnlichkeit kann es zweckmäßig sein, die partikelartige Verunreinigung zum Erfassen des ersten Bildes und des zweiten Bildes jeweils gleichzeitig aus zwei gegenüberliegenden Beleuchtungsrichtungen zu beleuchten. Daher weist das Verfahren in einer Ausführungsform weiterhin die Schritte auf: Beleuchten der Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer dritten Beleuchtungsrichtung, Beleuchten der Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer vierten Beleuchtungsrichtung, wobei ein Azimutwinkel zwischen der ersten Beleuchtungsrichtung und der dritten Beleuchtungsrichtung einen Wert in einem Bereich von 170° bis 190°, vorzugsweise von 180° aufweist, und wobei ein Azimutwinkel zwischen der zweiten Beleuchtungsrichtung und der vierten Beleuchtungsrichtung einen Wert in einem Bereich von 170° bis 190°, vorzugsweise von 180° aufweist, wobei das Erfassen des ersten Bildes bei einer gleichzeitigen Beleuchtung der Verunreinigung aus der ersten Beleuchtungsrichtung und der dritten Beleuchtungsrichtung erfolgt und wobei das Erfassen des zweiten Bildes bei einer gleichzeitigen Beleuchtung der Verunreinigung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung und aus der vierten Beleuchtungsrichtung erfolgt.

[0027] Während zuvor Ausführungsformen beispielhaft diskutiert wurden, bei welchen für das Klassifizieren eine Ähnlichkeit zwischen zwei unter unterschiedlichen Aufnahmebedingungen erfassten Bildern herangezogen wird, wird in einer Ausführungsform das Klassifizieren anhand der Ähnlichkeit zwischen drei oder mehr Bildern ausgeführt, die alle unter verschiedenen Aufnahmebedingungen erfasst wurden. Daher weist das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsform die Schritte auf: Beleuchten der Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer fünften Beleuchtungsrichtung, Erfassen eines dritten Bildes der von der Strahlung aus der fünften Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung mit einer dritten Beobachtungsrichtung, wobei entweder die erste Beleuchtungsrichtung, die zweite Beleuchtungsrichtung und die fünfte Beleuchtungsrichtung voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung, die zweite Beobachtungsrichtung und die dritte Beobachtungsrichtung gleich sind oder die erste Beleuchtungsrichtung, die zweite Beleuchtungsrichtung und die fünfte Beleuchtungsrichtung gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung, die zweite Beobachtungsrichtung und die dritte Beobachtungsrichtung jeweils voneinander verschieden sind, und Berechnen eines Maßes für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild, dem zweiten Bild und dem dritten Bild.

[0028] In einer Ausführungsform, bei welcher die erste und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind, sind die erste und zweite Beobachtungsrichtung gleich der Normalen auf der Oberfläche. Mit anderen Worten ausgedrückt, schaut in einer solchen Variante die Kamera von oben senkrecht auf die Oberfläche, deren Verunreinigungen zu klassifizieren sind.

[0029] In einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die erste und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind, unterscheiden sich die erste und die zweite Beleuchtungsrichtung nur durch einen zwischen diesen gemessenen Azimutwinkel. Mit anderen Worten ausgedrückt, liegen dann die Quellen für die elektromagnetische Strahlung in gleichem Abstand von der Oberfläche; die zwischen den Beleuchtungsrichtungen und der Oberfläche eingeschlossenen Elongationswinkel sind alle gleich.

[0030] In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Azimutwinkel zwischen der ersten Beleuchtungsrichtung und der zweiten Beleuchtungsrichtung ungleich 180°. Aus statistischen Gründen liefert ein Azimutwinkel zwischen erster Beleuchtungsrichtung und zweiter Beleuchtungsrichtung von 180° einen vergleichsweise geringen "Kontrast" zwischen einem Bilderpaar mit geringer Ähnlichkeit und einem Bilderpaar mit hoher Ähnlichkeit.

[0031] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Merkmal b) realisiert ist, d.h. die erste und die zweite Beleuchtungsrichtung gleich sind, unterscheiden sich die erste und die zweite Beobachtungsrichtung nur durch den von diesen eingeschlossenen Azimutwinkel. Mit anderen Worten ausgedrückt, haben die beiden zur Bilderfassung verwendeten Kameras dann den gleichen Abstand von der Oberfläche; die Elevationswinkel der beiden Beobachtungsrichtungen sind gleich.

[0032] Darüber hinaus wird zumindest eine der oben genannten Aufgaben auch durch eine Vorrichtung zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Prüflings gelöst, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Beleuchtung mit mindestens einer ersten Beleuchtungseinrichtung, wobei die Beleuchtung derart eingerichtet und angeordnet ist, dass in einem Betrieb der Vorrichtung mit der Beleuchtung die Verunreinigung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Beleuchtungsrichtung und einer zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtbar ist, eine Erfassungseinrichtung mit mindestens einer ersten Kamera, wobei die Erfassungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass mit der Erfassungseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung ein erstes Bild der von der Strahlung aus der ersten Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung mit einer ersten Beobachtungsrichtung erfassbar ist und ein zweites Bild der von der Strahlung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung mit einer zweiten Beobachtungsrichtung erfassbar ist, eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass a) entweder die erste Beleuchtungsrichtung und die zweite Beleuchtungsrichtung voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind oder b) die erste Beleuchtungsrichtung und die zweite Beleuchtungsrichtung gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung und die zweite Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind, und eine Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung derart wirksam mit der Erfassungseinrichtung verbunden ist, dass die Auswerteeinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung das erste und das zweite Bild von der Erfassungserrichtung empfängt, und wobei die Auswerteeinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Auswerteeinrichtung ein Maß für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild berechnet und die Verunreinigung anhand des berechneten Maßes für die Ähnlichkeit in eine aus mindestens einer ersten und einer zweiten Klasse einordnet.

[0033] Soweit im folgenden Aspekte der Erfindung im Hinblick auf die Vorrichtung zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung auf einer Oberfläche eines Prüflings beschrieben werden, so gelten diese auch für das entsprechende zuvor beschriebene Verfahren und umgekehrt. Soweit das Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird, so weist diese Vorrichtung die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbesondere aber sind Ausführungsformen der Vorrichtung zum Ausführen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens geeignet.

[0034] In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung wirksam mit der Beleuchtung verbunden, wobei die Beleuchtung eine zweite Beleuchtungseinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung derart eingerichtet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung die Verunreinigung von der ersten Beleuchtungseinrichtung mit elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Beleuchtungsrichtung beleuchtbar ist und von der zweiten Beleuchtungseinrichtung mit elektromagnetischer Strahlung mit der zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtbar ist.

[0035] In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinrichtung ferner derart eingerichtet, dass die Beleuchtung der Verunreinigung mit der ersten Beleuchtungseinrichtung und mit der zweiten Beleuchtungseinrichtung zeitlich nacheinander erfolgt.

[0036] In einer Ausführungsform werden zumindest die Steuereinrichtung oder die Auswerteeinrichtung von einem Prozessor oder Rechner gebildet.

[0037] In einer Ausführungsform der Erfindung sind die erste und die zweite Beleuchtungseinrichtung Segmente einer ringförmigen Beleuchtung mit einer Mehrzahl von Segmenten. Eine solche einen Ring approximierende Beleuchtung ermöglicht es, mehr als zwei Bilder bei Beleuchtung aus voneinander verschiedenen Beleuchtungsrichtungen nacheinander aufzunehmen und für das Berechnen der Ähnlichkeit und damit das Klassifizieren heranzuziehen.

[0038] Darüber hinaus ist eine derartige ringförmige Beleuchtung auch geeignet, in einem Verfahren verwendet zu werden, bei welchem die Auswerteeinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung zumindest aus dem ersten oder dem zweiten Bild ein Maß für eine Anzahl von Verunreinigungen auf der Oberfläche berechnet. Bei derartigen Verfahren zur quantitativen Bestimmung der Verunreinigungen auf der Oberfläche wird die Oberfläche gleichzeitig aus einer Vielzahl von Raumrichtungen beleuchtet. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind alle Segmente der ringförmigen Beleuchtung gleichzeitig eingeschaltet.

[0039] In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Verschwenkeinrichtung auf, wobei die Verschwenkeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Verschwenkeinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung zwischen dem Erfassen des ersten Bildes und dem Erfassen des zweiten Bildes eine relative Verschwenkung zwischen der Oberfläche mit der Verunreinigung einerseits und der Beleuchtung und der Erfassungseinrichtung andererseits ausführt.

[0040] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Beleuchtung derart angeordnet, dass die erste und zweite Beleuchtungsrichtung einen Streiflichteinfall auf der Oberfläche bewirken. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist in einer solchen Ausführungsform der Elevationswinkel zwischen der jeweiligen Beleuchtungsrichtung und der Oberfläche ein spitzer Winkel, vorzugsweise ein Winkel von weniger als 10°.

[0041] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich. In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1
ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 2
ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3
ist eine tabellarische Gegenüberstellung von Bildern, welche mit der Vorrichtung aus Figur 2 erfasst wurden.


[0042] Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 6 zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung 2 auf der Oberfläche 1 eines Prüflings 7. In dem hier exemplarisch diskutierten Anwendungsfall geht es darum, dass auf der Oberfläche 1 in einer industriellen Produktionsumgebung partikelartige Verunreinigungen 2 vorhanden sind, welche in zwei Klassen einer Materialeigenschaft fallen. Zum einen gibt es metallische Verunreinigungen und zum anderen solche aus einem Kunststoff. Diese beiden Materialklassen unterscheiden sich insbesondere durch den unterschiedlichen Glanz der Oberflächen der Verunreinigungen 2.

[0043] Metallische partikelartige Verunreinigungen 2 haben einen hohen Glanz, da ein großer Anteil des auf die Verunreinigung 2 treffenden Lichts nach dem Reflexionsgesetz an der Oberfläche 1 reflektiert wird. Dies führt zu hellen Reflexen, welche aber aufgrund der Unregelmäßigkeit der Oberfläche der partikelartigen Verunreinigung in ihrer Richtung stark unterschiedlich sind. Demgegenüber haben Kunststoffe eine Oberfläche mit einer höheren Rauheit, was zu einem größeren Anteil an diffus gestreutem Licht und einem geringeren Glanz führt. Diesen unterschiedlichen Glanz der beiden Materialklassen nutzt das hier offenbarte Verfahren, um die auf der Oberfläche 1 vorhandene Verunreinigung 2 in die beiden Klassen einzuordnen.

[0044] Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 6 zwei Lichtquellen 4, 5 auf. Diese bilden die erste und die zweite Beleuchtungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Beide Lichtquellen 4, 5 zusammen stellen die Beleuchtung der Vorrichtung 6 dar. Zudem umfasst die Vorrichtung eine einzige Kamera 3, welche als erste Kamera im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet wird. Die Kamera 3 ist Bestandteil einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Bildern der Oberfläche 1 des Prüflings 7 mit der darauf angeordneten Verunreinigung 2.

[0045] Zum Klassifizieren der Verunreinigung 2 in die beiden zuvor beschriebenen Materialklassen werden nun zeitlich nacheinander ein erstes Bild und ein zweites Bild der Oberfläche 1 mit der Verunreinigung 2 von der Kamera 3 aufgenommen. Dabei wird während dem Erfassen des ersten Bildes die Oberfläche 1 mit der Verunreinigung 2 nur von der ersten Lichtquelle 4 beleuchtet und während der Aufnahme des zweiten Bildes nur von der zweiten Lichtquelle 5.

[0046] Die Beobachtungsrichtung 8 für beide Bilder ist gleich und steht senkrecht auf der Oberfläche 1 des Prüflings 7. Die Beobachtungsrichtung 8 fällt mit der Normalen der Oberfläche 1 zusammen.

[0047] Die beiden Lichtquellen 4, 5 sind so angeordnet, dass sie die Verunreinigung 2 aus zwei voneinander verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 9, 10 beleuchten. Dabei ist die Beleuchtungsrichtung 9 der ersten Lichtquelle 4 die erste Beleuchtungsrichtung und die Beleuchtungsrichtung 10 der zweiten Lichtquelle 5 ist die zweite Beleuchtungsrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung.

[0048] Entscheidend für die Funktion des Verfahrens zum Klassifizieren ist es nun, dass die erste Beleuchtungsrichtung 9 und die zweite Beleuchtungsrichtung 10 voneinander verschieden sind. Stark streuende Oberflächen führen unabhängig vom Einfallswinkel des Lichts auf die Oberfläche immer zu einer diffusen Streuung etwa homogen in alle Raumrichtungen. Daher wird sich ein erstes Bild, welches aufgenommen wird, wenn die Oberfläche 1 aus der ersten Beleuchtungsrichtung 9 beleuchtet wird, in seiner Helligkeitsverteilung nicht wesentlich von einem zweiten Bild unterscheiden, welches unter der zweiten Beleuchtungsrichtung 10 beleuchtet wird. Bei einer stark reflektierenden Oberfläche, d.h. einer mit hohem Glanz, hängt die Richtung, in welche das Licht reflektiert wird, sehr stark von der Beleuchtungsrichtung ab, sodass sich zwei Bilder, die mit voneinander verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 9, 10 erfasst wurden, stark voneinander unterscheiden, d.h. eine geringe Ähnlichkeit aufweisen.

[0049] Für die Funktion der Erfindung ist es grundsätzlich möglich, die erste Beleuchtungsrichtung 9 oder die zweite Beleuchtungsrichtung 10 unter beliebigen, voneinander verschiedenen Winkeln zueinander anzuordnen. In der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist der Azimutwinkel, d.h. der Winkel, welchen die erste Beleuchtungsrichtung 9 und die zweite Beleuchtungsrichtung 10 in einer Projektion auf die Oberfläche 1 einschließen, ungleich 90° und auch die Elevationswinkel, d.h. der Winkel zwischen der jeweiligen Beleuchtungsrichtung 9, 10 und der Oberfläche 1 sind voneinander verschieden.

[0050] Für die Ansteuerung der Lichtquellen 4, 5, 13, 14 und der Kamera weisen die Vorrichtungen 6 aus den Figuren 1 und 2 eine entsprechende Steuereinrichtung 15 (nur in Figur 2 explizit dargestellt), auf. Zudem weist die Vorrichtung 6 für die Auswertung der mit der Kamera 3 erfassten Bilder eine Auswerteeinrichtung 16 auf. Sowohl die Steuereinrichtung 15 als auch die Auswerteeinrichtung 16 werden von einem Rechner gebildet.

[0051] Die Anordnung der Vorrichtung 6 aus Figur 2 geht in dem Sinne über die Vorrichtung 6 aus Figur 1 hinaus, dass hier ein optimierter "Kontrast" zwischen zwei Bildern mit geringer Ähnlichkeit auf der einen Seite und zwei Bildern mit hoher Ähnlichkeit auf der anderen Seite bewirkt wird. Zu diesem Zweck verfügt die Vorrichtung insgesamt über vier Lichtquellen. Zusätzlich zu der ersten Lichtquelle 4 und der zweiten Lichtquelle 5 sind eine dritte Lichtquelle 13 und eine vierte Lichtquelle 14 vorhanden. Dabei sind die erste 4 und die dritte Lichtquelle 13 einander gegenüberliegend angeordnet, sodass ihre Beleuchtungsrichtungen 9, 11 einen Azimutwinkel von 180° einschließen. Ebenso ist der zweiten Lichtquelle 5 eine vierte Lichtquelle 14 gegenüberliegend angeordnet, sodass die zweite Beleuchtungsrichtung 10 und die vierte Beleuchtungsrichtung 12 einen Azimutwinkel von 180° einschließen. Die erste Beleuchtungsrichtung 9 und die zweite Beleuchtungsrichtung 10 wiederum schließen einen Azimutwinkel von 90° ein. Zudem sind alle Elevationen der Beleuchtungsrichtungen 9, 10, 11, 12 gleich und so gewählt, dass ein Streiflichteinfall auf die Oberfläche erzeugt wird.

[0052] Während dem Erfassen des ersten und des zweiten Bildes wird die Oberfläche 1 mit der Verunreinigung 2 jeweils von einem Paar von gegenüberliegenden Lichtquellen 4, 13 bzw. 5, 14, beleuchtet.

[0053] Der Streiflichteinfall der Beleuchtungsrichtungen 9, 10, 11, 12 kann dazu verwendet werden, zusätzlich ein weiteres Bild aufzunehmen, bei welchem die Oberfläche 1 mit der Verunreinigung 2 von allen vier Lichtquellen 4, 5, 13, 14, d.h. aus allen vier Beleuchtungsrichtungen 9, 10, 11, 12, gleichzeitig beleuchtet wird. Mit einem solchen Bild lässt sich die Anzahl der Verunreinigungen 2 auf der Oberfläche 1 quantitativ bestimmen.

[0054] In der Tabelle aus Figur 3 sind nun verschiedene Bilder von jeweils zwei Verunreinigungen dargestellt, welche mithilfe der Vorrichtung aus Figur 2 erfasst wurden. In der oberen, mit a) bezeichneten Reihe der Tabelle sind drei Bilder von zwei metallischen Verunreinigungen 2 auf der Oberfläche 1 dargestellt. In der zweiten, mit b) bezeichneten Zeile der Tabelle sind Bilder von zwei nicht-metallischen Verunreinigungen 2 auf der Oberfläche 1 dargestellt.

[0055] Die Bilder in der ersten Spalte (1) wurden erfasst, während alle Lichtquellen 4, 5, 13, 14 gleichzeitig eingeschaltet waren. Diese Bilder dienen nur als Vergleich.

[0056] Die in der zweiten Spalte (2) gezeigten Bilder wurden aufgenommen, während die Oberfläche 1 mit den Verunreinigungen 2 gleichzeitig von der zweiten Lichtquelle 5 und der vierten Lichtquelle 14 beleuchtet wurden, während die erste Lichtquelle 4 und die dritte Lichtquelle 13 ausgeschaltet waren. Die Bilder der dritten Spalte (3) der Tabelle wurden aufgenommen, während die Oberfläche 1 mit den Verunreinigungen 2 gleichzeitig von der ersten Lichtquelle 4 und der dritten Lichtquelle 13 beleuchtet wurden, während die zweite Lichtquelle 5 und die vierte Lichtquelle 14 ausgeschaltet waren.

[0057] Betrachtet man nun die Bilder der nicht-metallischen Verunreinigungen in der zweiten Zeile b), so fällt auf, dass sich die beiden unter unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen aufgenommenen Bilder im Wesentlichen nicht voneinander unterscheiden. D.h. das erste Bild in Zeile b), Spalte (2) weist eine hohe Ähnlichkeit zu dem zweiten Bild in Zeile b), Spalte (3) auf.

[0058] Demgegenüber lassen das erste Bild der metallischen Verunreinigungen in Zeile a), Spalte (2) und das zweite Bild der metallischen Verunreinigungen in Zeile a) und Spalte (3) deutliche Unterschiede erkennen. Für die metallischen Verunreinigungen sind das erste Bild und das zweite Bild in größerem Maße unähnlich als das erste und das zweite Bild der nicht-metallischen Verunreinigungen.

[0059] Man berechnet nun mit der Auswerteeinrichtung 16 die quadratische Abweichung zwischen den unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen erfassten ersten und zweiten Bildern und verwendet diese quadratische Abweichung als Maß für die Ähnlichkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Bild. Setzt man einen Schwellenwert, so lassen sich die partikelartigen Verunreinigungen in eine erste Klasse (nicht-metallische Verunreinigungen) einordnen, wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild unter dem Schwellenwert liegt. Demgegenüber werden die partikelartigen Verunreinigungen in eine zweite Klasse (metallische Verunreinigungen) eingeordnet, wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild über dem Schwellenwert liegt

[0060] Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbaren Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombination wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

[0061] Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.

[0062] Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel "eine" oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.

Bezugszeichenliste



[0063] 
1
Oberfläche
2
Verunreinigung
3
Kamera
4, 5, 13, 14
Lichtquelle
6
Vorrichtung
7
Prüfling
8
Beobachtungsrichtung
9, 10, 11, 12
Beleuchtungsrichtung
15
Steuereinrichtung
16
Auswerteeinrichtung



Ansprüche

1. Verfahren zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung (2) auf einer Oberfläche (1) eines Prüflings (7) mit den Schritten
Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) ersten Beleuchtungsrichtung (9),
Erfassen eines ersten Bildes der von der Strahlung aus der ersten Beleuchtungsrichtung (9) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) ersten Beobachtungsrichtung (8),
Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) zweiten Beleuchtungsrichtung (10),
Erfassen eines zweiten Bildes der von der Strahlung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer bezogen auf die Verunreinigung (2) zweiten Beobachtungsrichtung,
wobei

a) entweder die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind oder

b) die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind,

Berechnen eines Maßes für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild und
Einordnen der Verunreinigung (2) in mindestens eine erste und eine zweite Klasse anhand des berechneten Maßes für die Ähnlichkeit.
 
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klasse und die zweite Klasse jeweils eine Art eines Materials der Verunreinigung (2) bezeichnen, wobei die Verunreinigung (2) die Art des Materials einer der ersten und zweiten Klassen aufweist, wobei wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, die Verunreinigung (2) in die erste Klasse eingeteilt wird und wenn die Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild unter dem Schwellenwert liegt, die Verunreinigung (2) in die zweite Klasse eingeteilt wird.
 
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klasse ein Material mit einer ersten Oberflächenrauheit bezeichnet, und die zweite Klasse ein Material mit einer zweiten Oberflächenrauheit bezeichnet, wobei die erste Oberflächenrauheit größer ist als die zweite Oberflächenrauheit.
 
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder ein Azimutwinkel zwischen der ersten Beleuchtungsrichtung (9) und der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) einen Wert in einem Bereich von 80° bis 110°, vorzugsweise von 90° aufweist oder ein Azimutwinkel zwischen der ersten Beobachtungsrichtung (8) und der zweiten Beobachtungsrichtung einen Wert in einem Bereich von 80° bis 110°, vorzugsweise von 90° aufweist, wobei eine Normale der Oberfläche (1) den Winkelscheitel des Azimutwinkels bildet und der Azimutwinkel in einer Ebene senkrecht zu der Normalen gemessen ist.
 
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist
Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer dritten Beleuchtungsrichtung (11),
Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer vierten Beleuchtungsrichtung (12),
wobei ein Azimutwinkel zwischen der ersten Beleuchtungsrichtung (9) und der dritten Beleuchtungsrichtung (11) einen Wert in einem Bereich von 170° bis 190°, vorzugsweise von 180° aufweist, wobei die Normale der Oberfläche (1) den Winkelscheitel des Azimutwinkels bildet und der Azimutwinkel in einer Ebene senkrecht zu der Normalen gemessen ist, und
wobei ein Azimutwinkel zwischen der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) und der vierten Beleuchtungsrichtung (12) einen Wert in einem Bereich von 170° bis 190°, vorzugsweise von 180° aufweist, wobei die Normale der Oberfläche (1) den Winkelscheitel des Azimutwinkels bildet und der Azimutwinkel in einer Ebene senkrecht zu der Normalen gemessen ist,
wobei das Erfassen des ersten Bildes bei einer gleichzeitigen Beleuchtung der Verunreinigung (2) aus der ersten Beleuchtungsrichtung (9) und der dritten Beleuchtungsrichtung (11) erfolgt und
wobei das Erfassen des zweiten Bildes bei einer gleichzeitigen Beleuchtung der Verunreinigung (2) aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) und der vierten Beleuchtungsrichtung (12) erfolgt.
 
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus die Schritte aufweist,
Beleuchten der Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer fünften Beleuchtungsrichtung,
Erfassen eines dritten Bildes der von der Strahlung aus der fünften Beleuchtungsrichtung beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer dritten Beobachtungsrichtung, wobei entweder die erste Beleuchtungsrichtung (9), die zweite Beleuchtungsrichtung (10) und die fünfte Beleuchtungsrichtung voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8), die zweite Beobachtungsrichtung und die dritte Beobachtungsrichtung gleich sind oder die erste Beleuchtungsrichtung (9), die zweite Beleuchtungsrichtung (10) und die fünfte Beleuchtungsrichtung gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8), die zweite Beobachtungsrichtung und die dritte Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind, und
Berechnen eines Maßes für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild, dem zweiten Bild und dem dritten Bild.
 
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Merkmal a) realisiert ist, die erste und die zweite Beobachtungsrichtung (8) gleich der Normalen auf der Oberfläche (1) ist.
 
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Merkmal a) realisiert ist, sich die erste und die zweite Beleuchtungsrichtung (9, 10) nur durch einen zwischen diesen gemessenen Azimutwinkel unterscheiden, wobei eine Normale der Oberfläche (1) den Winkelscheitel des Azimutwinkels bildet und der Azimutwinkel in einer Ebene senkrecht zu der Normalen gemessen ist.
 
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls das Merkmal b) realisiert ist, sich die erste und die zweite Beobachtungsrichtung (8) nur durch einen zwischen diesen gemessenen Azimutwinkel unterschieden, wobei eine Normale der Oberfläche (1) den Winkelscheitel des Azimutwinkels bildet und der Azimutwinkel in einer Ebene senkrecht zu der Normalen gemessen ist.
 
10. Vorrichtung (6) zum Klassifizieren einer partikelartigen Verunreinigung (2) auf einer Oberfläche (1) eines Prüflings (7), wobei die Vorrichtung (6) aufweist
eine Beleuchtung mit mindestens einer ersten Beleuchtungseinrichtung (4), wobei die Beleuchtung derart eingerichtet und angeordnet ist, dass in einem Betrieb der Vorrichtung (6) mit der Beleuchtung die Verunreinigung (2) mit elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Beleuchtungsrichtung (9) und einer zweiten Beleuchtungsrichtung (10) beleuchtbar ist,
eine Erfassungseinrichtung mit mindestens einer ersten Kamera (3), wobei die Erfassungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass mit der Erfassungseinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung (6) ein erstes Bild der von der Strahlung aus der ersten Beleuchtungsrichtung (9) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer ersten Beobachtungsrichtung (8) erfassbar ist und ein zweites Bild der von der Strahlung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) beleuchteten Verunreinigung (2) mit einer zweiten Beobachtungsrichtung erfassbar ist, eine Steuerreinrichtung (15), wobei die Steuereinrichtung (15) derart eingerichtet ist, dass

a) entweder die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) voneinander verschieden sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung gleich sind oder

b) oder die erste Beleuchtungsrichtung (9) und die zweite Beleuchtungsrichtung (10) gleich sind sowie die erste Beobachtungsrichtung (8) und die zweite Beobachtungsrichtung voneinander verschieden sind, und

eine Auswerteeinrichtung (16),
wobei die Auswerteeinrichtung (16) derart wirksam mit der Erfassungseinrichtung verbunden ist, dass die Auswerteeinrichtung (16) in dem Betrieb der Vorrichtung (6) das erste und das zweite Bild von der Erfassungseinrichtung empfängt, und
wobei die Auswerteeinrichtung (16) derart eingerichtet ist, dass die Auswerteeinrichtung (16) ein Maß für eine Ähnlichkeit zwischen dem ersten Bild und dem zweiten Bild berechnet und die Verunreinigung (2) anhand des berechneten Maßes für die Ähnlichkeit in eine aus mindestens einer ersten und einer zweiten Klasse einordnet.
 
11. Vorrichtung (6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerreinrichtung (15) wirksam mit der Beleuchtung verbunden ist, wobei die Beleuchtung eine zweite Beleuchtungseinrichtung aufweist, wobei die Steuereinrichtung (16) derart eingerichtet ist, dass in dem Betrieb der Vorrichtung (6) die Verunreinigung (2) von der ersten Beleuchtungseinrichtung (4) mit elektromagnetischer Strahlung mit der ersten Beleuchtungsrichtung (9) beleuchtbar ist und von der zweiten Beleuchtungseinrichtung (5) mit elektromagnetischer Strahlung mit der zweiten Beleuchtungsrichtung (10) beleuchtbar ist.
 
12. Vorrichtung (6) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Beleuchtungseinrichtung (4, 5) Segmente einer ringförmigen Beleuchtung mit einer Mehrzahl von Segmenten sind.
 
13. Vorrichtung (6) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) eine Verschwenkeinrichtung aufweist, wobei die Verschwenkeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Verschwenkeinrichtung in dem Betrieb der Vorrichtung (6) zwischen dem Erfassen des ersten Bildes und dem Erfassen des zweiten Bildes eine relative Verschwenkung zwischen der Oberfläche (1) mit der Verunreinigung (2) einerseits und der Beleuchtung und der Erfassungseinrichtung andererseits ausführt.
 
14. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Beleuchtung derart angeordnet ist, dass die erste und die zweite Beleuchtungsrichtung (9, 10) einen Streiflichteinfall auf der Oberfläche (1) bewirken.
 
15. Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (16) derart eingerichtet ist, dass die Auswerteeinrichtung (16) in dem Betrieb der Vorrichtung (6) zumindest aus dem ersten oder dem zweiten Bild ein Maß für eine Anzahl von Verunreinigungen (2) auf der Oberfläche (1) berechnet.
 




Zeichnung










Recherchenbericht









Recherchenbericht