AT507018B1 - Vorrichtung zur prüfung von gegenständen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Gegenständen mit einer Beleuchtungseinheit, einer Bildaufnahmeeinheit und einer Auswerteeinheit. Als Beleuchtungseinheit ist eine Anzahl von Lichtquellen (7) vorgesehen, wobei die einen Beleuchtungsring ausbildenden Lichtquellen (7) unter jeweils gleichem Einfallswinkel Licht (8) abstrahlen und zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Anzahl der Lichtquellen (7) zu Leuchtsegmenten (7") zusammengefasst ist, wobei die von den Leuchtsegmenten (7") umfassten Lichtquellen (7) gleichzeitig ein- und ausschaltbar sind, dass die Lichtquellen (7) in eine vorgegebene Anzahl von Untersegmenten (7''') zusammengefasst sind, welche Untersegmente (7''') zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar sind, dass die Intensität des abgestrahlten Lichtes (6) in den endständigen Untersegmenten (7''') von der Intensität im Mittelbereich (21) abweicht, und dass der Abstand zwischen den einzelnen, längs des Beleuchtungsringes (2) angeordneten Lichtquellen einen Zentriwinkel s = 10° beträgt..

Description

österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US 2006/0237156 A1 bekannt. Die Lichtausbeute bzw. -Intensität der aus den einzelnen Segmenten erhaltenen Messwerte ist schwach. Ferner ist die Anzahl der Messwerte begrenzt.

[0003] Die erfindungsgemäße Vorgangsweise und Vorrichtung dienen der Charakterisierung bzw. Erfassung der Struktur von ebenen oder leicht gekrümmten Oberflächen anhand der vom Einfallswinkel abhängigen Reflexion von Licht. Das Grundprinzip besteht darin, eine Reihe von Aufnahmen eines Objektflächenbereiches von ein und derselben Stelle aus zu machen, bei denen das Objekt aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, eine einfach handhabbare und exakt arbeitende Vorrichtung zu erstellen, mit der bei einfachem Aufbau die Oberflächenstruktur, die Oberflächengestaltung und weitere Parameter einer Oberfläche ermittelt werden können.

[0004] Eine derartige Vorrichtung ist mit den im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmalen charakterisiert.

[0005] Mit diesen Merkmalen wird erreicht, dass die von dem Oberflächenbereich des untersuchten Gegenstandes reflektierten Licht-Peaks ausreichend exakt bzw. trennscharf empfangen und aus den von den aus unterschiedlichen Umfangsrichtungen bzw. Zentriwinkelbereichen her beleuchteten Objektbereichen erhaltenen Einzelbildern die gewünschten Parameter rasch und mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden können. Ferner überlappen die einzelnen zu Leuchtsegmenten zusammengefassten Lichtquellen längs des Umfanges des Beleuchtungsringes einander und gleichzeitig ist in den überlappenden Bereichen, d.h. den überlappenden Untersegmenten, die Intensität des abgestrahlten Lichtes geringer. Damit wird erreicht, dass bei gleichbleibender Beleuchtung aus den einzelnen Bereichen der Beleuchtungseinheit, mehr unterschiedliche Messwerte liefernde Messungen aus einer Mehrzahl von Segmenten vorgenommen werden kann, ohne dass die Lichtintensität erhöht wird. Damit werden auch eine Erhöhung der Auswertegenauigkeit und eine Vereinfachung des Aufbaus erreicht. Ferner ergibt sich eine Verbesserung der Winkelauflösung. Eine Auswertung der empfangenen Lichtintensitäten aufeinanderfolgender Bilder ermöglicht eine genaue Bestimmung der Lage der Licht-Peaks. Ferner wird erreicht, dass eine eindeutige Korrelation zwischen Aufnahmen unter allenfalls unterschiedlichen Belichtungsverhältnissen des vorgegebenen Oberflächenbereiches bei Beleuchtung aus den jeweiligen Winkelbereichen erhalten wird. Es ergibt sich damit eine Verbesserung der Winkelauflösung der erhaltenen Licht-Peaks.

[0006] Von Vorteil ist es, wenn die Lichtquelle (7) und/oder Leuchtsegmente (7") einen Teilring ausbilden, der sich über einen Zentriwinkel (o) von zumindest 180° erstreckt, oder einen vollständigen, sich über einen Zentriwinkel (o) von 360° erstreckenden Beleuchtungsring (2) ausbilden. Damit kann praktisch eine Vielzahl von Winkelbereichen detektiert werden bzw. die Reflexion des von den einzelnen vorbestimmten Umfangsbereichen des Beleuchtungsringes her abgegebenen Lichtes kann mit der Bildaufnahmeeinheit genau detektiert werden.

[0007] Von Vorteil sind die Merkmale des Anspruches 4, da damit eine exakte Anordnung der Lichtquellen und der von diesen gebildeten Leuchtsegmenten erreicht wird. Prinzipiell ist es auch möglich, die einzelnen Lichtquellen abstandsmäßig versetzt bzw. mit unterschiedlichen Abständen gegenüber dem zu betrachtenden Oberflächenbereich anzuordnen. In diesem Fall wäre darauf zu achten, dass eine Bezugsebene vorhanden ist, die als Bezugsebene in Hinblick auf die Lichtleistung bzw. die Beleuchtungsstärke verwendet werden kann, um definierte Beleuchtungsverhältnisse zu schaffen; es sollte in dieser als Ringebene zu betrachtenden Bezugsebene die von den Lichtquellen aus den unterschiedlichen Raumwinkelbereichen her in Richtung auf den zu betrachtenden Oberflächenbereich durchtretende Lichtstärke gleich sein.

[0008] Für spezielle Einsatzzwecke ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 ausgeführt wird. 1 /18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 [0009] Je nach Einsatzzweck können der Gegenstand oder der Beleuchtungsring relativ zueinander rotiert werden; dazu sind die Merkmale des Anspruches 6 von Vorteil. Die Merkmale des Anspruches 7 bieten bei der erfindungsgemäßen Vorgangsweise den Vorteil, dass bei Einhaltung dieser Bedingung die reflektierten Lichtkegel von der Bildaufnahmeeinheit erfasst werden. Für die exakte Auswertung sind die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 von Vorteil.

[0010] Die Erfindung betrifft des weiteren eine Beleuchtungseinheit, so wie sie mit den Merkmalen des Anspruches 10 beschrieben ist. Vorteilhafte Ausführungsformen der Beleuchtungseinheit ergeben sich mit den Merkmalen der Ansprüche 11 oder 12.

[0011] Die folgende Beschreibung und die Ansprüche erläutern die erfindungsgemäß vorgenommene Vorgangsweise bzw. das durchgeführte Verfahren.

[0012] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0013] Fig. 1 zeigt Ausführungsbeispiele von Beleuchtungseinheiten zur gezielten Beleuch tung von Oberflächenbereichen von Gegenständen.

[0014] Fig. 2 zeigt einen prinzipiell möglichen Oberflächenaufbau von Gegenständen.

[0015] Fig. 3 zeigt einen Reflexionskegel und schematisch das Einstrahlen von Licht und dessen Reflexion von Licht.

[0016] Fig. 4 zeigt die geometrischen Grundlagen zur Berechnung der Vorzugsrichtung von Strukturen.

[0017] Fig. 5 [0018] Fig. 6 [0019] Fig. 7 [0020] Fig. 8 [0021] Fig. 9 [0022] Fig. 10 [0023] Fig. 11 [0024] Fig. 12 [0025] Fig. 13 zeigt die vom Zentriwinkel abhängige Reflexion des auf einen Objektbereich eingestrahlten Lichtes. zeigt schematisch die Messung zweier schmaler Peaks bei unterschiedlicher Beleuchtungsgeometrie. zeigt Einzellichtquellen bzw. Leuchtsegmente in einem Beleuchtungsring. zeigt schematisch Diagramme für eine Anordnung von Untersegmente aufweisenden Leuchtsegmenten und die erreichbare Verbesserung der Winkelauflösung. zeigt die bei Kohlefasermatten vorliegenden Strukturen. zeigt eine Aufnahmeserie eines Oberflächenbereiches mit 8 Teilbildern. zeigt bei einer Vermessung erhaltene Intensitätsverläufe. zeigt erhaltene Auswertungsergebnisse. zeigt die grafische Darstellung von unter Berücksichtigung unterschiedlicher Parameter erstellter Ergebnisbilder.

[0026] In Fig. 1 ist eine kreis- oder halbkreisförmige Beleuchtungseinheit 2 mit Lichtquellen 7 dargestellt, die zeitlich versetzt ein- und ausgeschaltet und/oder in ihrer Intensität eingeregelt werden können, um eine Beleuchtung des Gegenstandes 3 von unterschiedlichen Raumsektoren bzw. Umfangsstellen bzw. Zentriwinkelbereichen σ her zu erreichen. Zusätzlich oder alternativ dazu könnten auch der betrachtete Objektbereich 8 oder eine oder mehrere Lichtquellen 7 relativ zueinander rotiert werden. Auch eine gleichzeitige Beleuchtung mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge aus unterschiedlichen Zentriwinkelbereichen ausstrahlenden Lichtquellen erlaubt die Aufnahme von Einzelbildern. Anhand der Aufnahmen werden pixelweise die Vorzugsrichtung und andere Eigenschaften des betrachteten Objektbereichs 8 bzw. der Oberfläche des Gegenstandes 3 berechnet.

[0027] In Fig. 1 ist links eine Beleuchtungseinheit in Form eines zumindest halbkreisförmigen Beleuchtungsringes 2 dargestellt, der eine Mehrzahl von Lichtquellen 7 bzw. von zu Leuchtsegmenten 7" (Fig. 7) zusammengefassten Lichtquellen 7 trägt. Die Lichtquellen 7 sind in gleichen Abständen zueinander angeordnet und strahlen aus der Ebene des Beleuchtungsringes 2 2/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15

Licht 6 auf einen Aufnahme- bzw. Objektbereich 8 eines Gegenstandes 3 ab. Mit einer Bildaufnahmeeinheit bzw. Kamera 1 wird das vom Objektbereich 8 reflektierte Licht 6 bzw. der beleuchtete Oberflächenbereich 8 aufgenommen. Der Bildbereich der Kamera 1 überdeckt den Innenbereich des Beleuchtungsringes 2; die optische Achse bzw. Messachse 5 der Kamera 1 steht im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des betrachteten Gegenstandes 3 und fällt mit der Achse des Beleuchtungsringes 2 zusammen. Der Gegenstand 3 kann eine ebene oder gekrümmte Oberfläche besitzen.

[0028] In Fig. 1 in der Mitte ist ein Beleuchtungsring 2 dargestellt, der Lichtquellen 7 bzw. von diesen gebildete Leuchtsegmente 7" trägt, die sich über einen Zentriwinkel σ von 360° erstrecken. Sämtliche Lichtquellen 7 bzw. Leuchtsegmente 7" (Fig. 7) sind getrennt voneinander schaltbar, um mit Leuchtsegmenten 7" vorgegebener Umfangserstreckung Einzelbilder aufnehmen zu können, mit welchen die Reflexionsverhältnisse für aus unterschiedlichen Raumwinkeln bzw. Zentriwinkeln σ her erfolgende Belichtungen ermittelt und ausgewertet werden.

[0029] Rechts in Fig. 1 ist ein Beleuchtungsring 2 dargestellt, der aus zwei Teilringen 2, 2' zusammengesetzt ist. Es wird ein vollständiger Beleuchtungsring simuliert, indem das von den Lichtquellen 7 des Ringteiles 2' ausgehende Licht 6 an einem Spiegel 9 zum betrachteten Objektbereich 8 hin gespiegelt wird. Das reflektierte Licht wird von der Kamera 1 aufgenommen.

[0030] In Fig. 2 sind schematisch die mikroskopischen Geometrien von Fasern und Oberflächen mit Riefen dargestellt. Links in Fig. 2 sind die einzelnen Fasern eines Faserbündels dargestellt. Rechts in Fig. 2 sind schematisch Riefen in Oberflächen, z.B. von Holzstrukturen, dargestellt. In beiden Fällen entsteht die Oberfläche durch Bewegung einer Erzeugenden bzw. einer Geraden entlang einer Leitkurve. Man spricht von einer 'Allgemeinen Zylinderfläche'.

[0031] Beleuchtet man solche Oberflächen makroskopisch mit einem Lichtstrahl aus beliebiger Richtung, so bilden die reflektierten Strahlen stets eine Kreiskegelfläche, deren Drehachse die Erzeugende im beleuchteten Punkt ist. Diese Auffächerung ist unabhängig von der Form der Leitkurve. Umgekehrt gilt folglich auch, dass eine Lichtquelle auf einer ebensolchen Kegelfläche liegen muss, um das von ihr ausgestrahlte Licht in Kamerarichtung zu reflektieren, was aus Fig.3, links, hervorgeht. In Fig. 3 ist rechts die erlaubte Oberflächenneigung ON des betrachteten Objektbereiches 8 in Hinblick auf die Ebene des Beleuchtungsringes 2 dargestellt. Besteht eine zu große Oberflächenneigung ON, so existiert kein Schnittpunkt der Ebene des Beleuchtungsringes 2 mit dem Reflexionskegel, sodass die reflektierten Lichtstrahlen die Kamera 1 nicht erreichen.

[0032] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit makroskopischen Methoden die Raumrichtung der mikroskopischen Vorzugsrichtung bzw. Erzeugenden der "allgemeinen Zylinderfläche" an jedem Punkt eines beleuchteten Objektbereiches 8 bestimmt werden. Dazu wird der Beleuchtungsring 2 so positioniert, dass er die möglichen Reflexionskegel aller betrachteten Oberflächenpunkte des Objektbereiches 8 schneidet. Leuchtet ein Teil des Beleuchtungsrings 2, so erscheinen all jene Punkte der Oberfläche hell, deren Reflexionskegel den Ring innerhalb dieses Segments schneiden. Bei zu großer Neigung ON der Oberfläche kommt es unter Umständen zu keinem Schnittpunkt.

[0033] Fig. 4 zeigt ein Modell zur Berechnung der Vorzugsrichtung der Oberflächenstrukturen des Gegenstandes 3. Der betrachtete Oberflächenpunkt 0 wird als im Koordinatenursprung liegend angenommen. Die Erzeugende ist symbolisch als Kreiszylinder dargestellt. Die Punkte I, befinden sich auf dem Beleuchtungsring 2, der einen Radius r besitzt. Von diesen Punkten I, ausgehendes Licht wird in Kamerarichtung c reflektiert.

[0034] Für die folgende Berechnung der Erzeugenden f wird der Koordinatenursprung 0 an die beobachteten Stelle der Oberfläche 8 gesetzt. Sind zwei Positionen /, und l2 bekannt, deren Licht in Kamerarichtung c reflektiert wird, so können daraus die Kegelfläche und damit die Raumrichtung der Erzeugenden bzw. die Oberflächenvorzugsrichtung eindeutig berechnet werden.

[0035] Zu diesem Zweck werden die Winkelsymmetralen s, zwischen den einfallenden und 3/18

österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 reflektierten Lichtstrahlen berechnet:

(1) [0036] Sie sind laut Reflexionsgesetz die Flächennormalen zu den Tangentialflächen an die Oberfläche 8 bzw. den Oberflächenpunkt 0. Die Erzeugende f ist die Schnittgerade der beiden Flächen, liegt also rechtwinkelig zu beiden Winkelsymmetralen: (2) [0037] In Fig. 5 sind das Reflexionsvermögen 11 bzw. der Intensitätsverlauf des in die einzelnen Raumrichtungen reflektierten Lichtes eines Oberflächenstücks bzw. der Reflexionsverlauf bei Beleuchtung längs des Umfangs des Beleuchtungsringes 2 im Polardiagramm idealisiert dargestellt. Der diffuse Anteil des reflektierten Lichtes ist mit 12, der spiegelnde Anteil mit 13 bezeichnet. Die Glanzrichtung (Richtung erhöhter Reflexion) ist mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet. Die Faserrichtung bzw. die ermittelte Vorzugsrichtung ist mit 15 bezeichnet. Der Differenzwinkel zwischen den Glanzrichtungen 14 ist mit 16 bezeichnet. Es ist ferner zu bemerken, dass die in Fig. 5 enthaltene linke Darstellung für eine Beleuchtung mit einem sich über einen Zentriwinkel von 180° erstreckenden Beleuchtungsring gilt; die in der Mitte vorgenommene Darstellung gilt für eine Beleuchtung über einen Winkel von 360°. Die in Fig. 5 rechts enthaltene Darstellung gilt für eine Beleuchtung mit einem sich über einen Zentriwinkel von 360° erstreckenden Beleuchtungsring 2 für geneigte Oberflächen 8 bzw. für Oberflächen, so wie sie bei Faserstrukturen auftreten, die bezüglich der Beleuchtungsebene geneigt verlaufen.

[0038] Der diffuse Anteil 12 tritt bei Beleuchtungen aus allen Richtungen auf, stellt also den Minimalwert der Kurve 11 dar. Hinzu kommt ein winkelabhängiger reflektierter Anteil 13, der sich auf zwei je nach dem untersuchten Material mehr oder weniger breite Peaks aufteilt, die sich in die Richtungen 14 erstrecken. Wie schon erklärt, kann aus den Positionen dieser Peaks die Raumrichtung der erzeugenden Geraden des Oberflächenbereiches 8 berechnet werden. Die Raumrichtung kann als Paar aus Azimutwinkel φ, d.h. der Richtung der Fasern oder Riefen in der Oberfläche, und Polarwinkel θ, d.h. der Schiefstellung bzw. Neigung der Oberfläche, angegeben werden.

[0039] Ausgehend von den Gleichungen (1) und (2) können sich folgende Vereinfachungen ergeben: [0040] Ist der Polarwinkel d =0 (waagrechte Fläche), so ist der Azimutwinkel φ um 90° ver setzt zu den beiden genau gegenüberliegenden Peaks 14 entsprechend Fig. 5, Mitte. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, genügt eine einen Zentriwinkel von 180° umfassende Beleuchtung entsprechend Fig. 5, links, mit einem Beleuchtungsteilring entsprechend Fig. 1, links, zur Messung des Azimutwinkels.

[0041] Für den Schnittpunkt der Messachse 5 mit der Oberfläche 8 liegt der Azimutwinkel φ genau zwischen den beiden Peaks 14 auf der Winkelsymmetrale entsprechend Fig. 5, rechts. Aus dem Differenzwinkel α bzw. 16 lässt sich dann direkt der Polarwinkel θ berechnen:

(3) [0042] Dabei wurden der Radius r des Beleuchtungsringes 2 und der Abstand h zwischen der Ebene des Beleuchtungsringes 2 und Oberfläche 8 verwendet. Diese Beziehung gilt näherungsweise für das gesamte Bild, solange das Gesichtsfeld bzw. der beleuchtete Bereich viel kleiner ist als der Beleuchtungsring 2.

[0043] Als Ergebnis der Reflexionsanalyse erhält man für jeden Punkt der Oberfläche den 4/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 zugehörigen Azimutwinkel cp, der die Vorzugsrichtung bzw. Faserrichtung bzw. Riefenrichtung wiedergibt. Die ermittelte Vorzugsrichtung in der Oberfläche ist ein wesentliches Resultat der Messung und kann zur Trennung oder Prüfung von Faserbündeln oder strukturierten Oberflächen benützt werden.

[0044] Zur Beurteilung und/oder Klassifikation der Oberfläche können optional folgende weitere Größen benützt werden: [0045] Polarwinkel θ für die Ermittlung der Schiefstellung von Oberfläche oder Faserbündeln.

[0046] Diffuses Reflexionsvermögen bzw. minimale Reflexion, womit ein von glänzenden Reflexionen befreites Bild erreicht wird.

[0047] Spiegelndes Reflexionsvermögen, das aus dem Flächeninhalt der beiden Peaks 14 ermittelt wird und ein vom diffusen Hintergrund befreites Bild ergibt.

[0048] Für die Weiterverarbeitung der Messdaten kann es sinnvoll sein, zwei oder mehr dieser Parameter zu kombinieren.

[0049] Bei gut spiegelnden Oberflächen, wie z.B. bei einigen Karbonfasertypen, sind die in Fig. 5 dargestellten Peaks 14 sehr schmal. Bei der Messung mit Einzellichtquellen kommt es vor, dass einzelne Peaks nicht registriert werden.

[0050] Fig. 6 zeigt links die fehlerfreie Vermessung zweier schmaler Peaks 14. In der Mitte der Fig. 6 ist das Ergebnis einer Vermessung eines Oberflächenbereiches 8 mit einer Anzahl von Einzellichtquellen 7 dargestellt, die aus unterschiedlichen Raumwinkelbereichen einstrahlen, sodass in unterschiedliche Raumbereiche unterschiedliche Lichtmengen reflektiert werden. In Fig. 6 ist rechts eine Beleuchtung des Oberflächenbereiches 8 mittels eines Beleuchtungsringes 2 dargestellt, der Lichtquellen 7 in Form von Leuchtsegmenten 7" umfasst. Es sind acht Leuchtsegmente 7" vorhanden, die gemeinsam sämtliche mögliche Einstrahlrichtungen bzw. -winkel umfassen, wodurch eine zuverlässige Detektion aller Peaks erreicht wird.

[0051] Um komplexe Oberflächen zuverlässig messen zu können, werden die Lichtquellen 7 eines Beleuchtungsringes 2 zu Leuchtsegmenten 7" zusammengefasst, die gemeinsam einen kompletten 360°-Ring bilden. Im Diagramm betrachtet bedeutet das, dass nun keine punktuelle Abtastung mit punktförmigen Lichtquellen sondern aufgrund der flächigen Leuchtsegmente 7" abschnittsweise eine Mittelwertbildung für das einfallende und reflektierende Licht erfolgt und damit die vorhandenen Peaks besser erkannt werden (Fig. 6-rechts). Derartige Leuchtsegmente 7" können von einer vorgegebenen Anzahl von Lichtquellen 7 gebildet werden, die schaltungsmäßig zusammengefasst werden und gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden können. Derartige Leuchtsegmente 7" können auch von Leuchtbändern gebildet sein, z.B. von von der Rückseite her angestrahlten lichtdurchlässigen Scheiben, womit das von den hinter den Scheiben befindlichen Lichtquellen abgestrahlte Licht vergleichmäßigt wird.

[0052] In einer vorteilhaften Anordnung werden die Leuchtsegmente 7" aus mehreren von einer Schalteinrichtung gemeinsam ein- und ausschaltbaren Einzellichtquellen 7 (z.B. LEDs) aufgebaut. Im Idealfall werden dabei alle Winkelbereiche bzw. wird der gesamte Umfangsbereich des Beleuchtungsringes 2 abgedeckt (Fig. 7, links) bzw. längs des gesamten Umfangs des Beleuchtungsringes 2 kann Licht abgestrahlt werden. In der Praxis genügt es, wenn der nicht Licht abstrahlende Winkelbereich σ zwischen den Lichtquellen 7 bzw. zwischen den Leuchtsegmenten 7" bzw. zwischen den später beschriebenen Untersegmenten 7" bzw. zwischen Umfangsbereichen, die kein Licht abstrahlen, kleiner ist als 10°, insbesondere kleiner als 6° ist.

[0053] Wie in Fig. 7, links, dargestellt, ist der Beleuchtungsring 2 in acht sich jeweils über einen Winkelbereich von 45° erstreckende Leuchtsegmente 7" unterteilt. Die Lichtquellen 7 können einander derart decken, sodass in radialer Richtung gesehen kein unbeleuchteter Winkelbereich vorliegt. Der Zentriwinkelbereich σ bzw. unbeleuchtete Winkelbereich, wie er in Fig. 7 rechts dargestellt ist, soll möglichst gering gehalten werden, was durch Wahl der Abstände der Lichtquellen 7 bzw. der Leuchtsegmente 7" in Umfangsrichtung erreicht werden kann. Durch in radialer Richtung gesehen aneinander grenzende oder überlappend angeordnete Lichtquellen 7 5/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 kann der Winkel σ auf Null reduziert werden.

[0054] Durch eine Teilung der gesamte lichtabstrahlenden Fläche in Leuchtsegmente 7" kann die Position von sehr schmalen Peaks 14 aber auch nur mit einer für manche Anwendungen relativ geringen Auflösung ermittelt werden, z.B. mit einer Auflösung ±22,5° bei acht Segmenten. Eine Interpolation ist in ungünstigen Fällen nicht möglich, wenn nur in einem Bild eine Reflexion zur Kamera stattfindet, wie es bei schmalen Peaks 14 der Fall sein kann.

[0055] In Fig. 8 sind Methoden zur Verbesserung der Winkelauflösung bei gleich bleibender Anzahl der aufgenommenen Bilder dargestellt. Die drei aufeinanderfolgend aus unterschiedlichen Umfangs- bzw. Winkellagern aufgenommenen Bilder (n-1, n, n+1) jeweils beleuchtenden drei Leuchtsegmente 7" sind in Fig. 8 bei A als schwarze Rechtecke dargestellt und überdecken jeweils einen Zentriwinkelbereich von 45°. Rechts daneben sind die dazugehörigen erhaltenen Intensitäts- bzw. Signalverläufe für das aufgenommene reflektierte Licht für jedes Leuchtsegment 7" aufgetragen.

[0056] Es erfolgt somit eine Beleuchtung des Objektbereiches 8 in Aufeinanderfolge mit jeweils einem der Leuchtsegmente 7". Die vom Gegenstandsbereich 8 reflektierten Lichtstrahlen werden von der Kamera 1 aufgenommen und die aufgenommenen Intensitäten sind unterhalb der Bilder n-1, n sowie n+1 aufgetragen und man erkennt die jeweilige Winkellage des reflektierten Peaks.

[0057] Durch Zusammenfassung der Lichtquellen 7 zu Untersegmenten 7"', die ihrerseits zu Leuchtsegmenten 7" zusammengefasst werden bzw. überlappend gewählte Bereiche der Leuchtsegmente 7" des Beleuchtungsringes 2 kann die Auflösung vergrößert, z.B. verdoppelt werden (Variante B). Durch reduzierte oder erhöhte Leuchtkraft, beispielsweise entsprechende Wahl der Blitzdauer, von insbesondere in den Rändern bzw. Endbereichen der Leuchtsegmente 7" angeordnete Leuchtsegmenten 7"' wird eine weitere Verbesserung erreicht (C und D).

[0058] Die Anzahl unterscheidbarer Segmente s in Abhängigkeit von der Anzahl der Bilder b und der unterschiedlichen Helligkeitsleveis in einem Leuchtsegment 7" ergibt sich zu: s<2bl (4) [0059] In Fig. 8 ist bei (A) eine einfache Zusammenfassung der Lichtquellen 7 eines Beleuchtungsringes 2 in aneinander angrenzende bzw. aufeinanderfolgende Leuchtsegmente 7" dargestellt. Mit diesen Leuchtsegmenten 7" wird hintereinander - oder bei unterschiedlichen abgestrahlten Wellenlängen gleichzeitig - der Gegenstandsbereich beleuchtet und es werden insgesamt acht Bilder n-1, n, n+1 aufgenommen. Die in den einzelnen Bildern erhaltenen Lichtintensitäten für die einzelnen von den Leuchtsegmenten 7" abgestrahlten Lichtintensitäten sind direkt rechts neben den einzelnen Leuchtsegmenten 7" dargestellt.

[0060] In Fig. 8 ist bei (B), (C) und (D) ersichtlich, dass längs des Umfanges des Beleuchtungsringes 2 eine Vielzahl von Untersegmenten 7"' angeordnet ist. Diese Untersegmente 7"' werden von einer Schalteinheit in vorgegebenen Gruppen, die Leuchtsegmente 7" ausbilden, zusammengeschaltet, ein- und ausgeschaltet und/oder insbesondere einzeln bezüglich der abgestrahlten Lichtintensität eingeregelt. Diese aufeinanderfolgend angeordneten Untersegmente 7"' ergeben entsprechend zusammengeschaltet die jeweiligen Leuchtsegmente 7", die den Oberflächenbereich 8 des Gegenstandes 3 beleuchten. Die Untersegmente 7"' eines Leuchtsegmentes 7" werden gleichzeitig ein- und ausgeschaltet.

[0061] Es wird bei der Beleuchtung bzw. beim Ein- und Ausschalten der Leuchtsegmente 7" bevorzugt derart vorgegangen, dass die Leuchtsegmente 7" in Aufeinanderfolge eingeschaltet werden, so wie sie bezüglich des Kreisumfanges des Beleuchtungsringes 2 hintereinander liegen. Im Einklang mit der Erfindung wird nach dem Einschalten des ersten Leuchtsegmentes 7", d.h. des in Fig. 8 (B) obersten Leuchtsegmentes 7", das letzte in der Figur untersten Untersegment 7"' dieses ersten Leuchtensegmentes 7" noch einmal eingeschaltet und fungiert dann als erstes eingeschaltetes Untersegment 7"' des nächstfolgend eingeschalteten Leuchtsegmentes 7". Dies bedeutet, dass bestimmte Untersegmente 7"' für aufeinanderfolgende Beleuchtun- 6/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 gen bzw. Bildaufnahmen doppelt zum Einsatz kommen. Diese Unterteilung der Leuchtsegmente 2' in Untersegmente 7"' entspricht an sich einer Vergrößerung der Anzahl der vorhandenen Leuchtsegmente bzw. einer Verringerung der jeweiligen Länge der einzelnen Leuchtsegmente 7", da für die einzelnen Untersegmente auswertbare Ergebnisse zur Feststellung der Winkellage des Peaks erhalten werden.

[0062] In der dargestellten Form überlappen die Leuchtsegmente 7" einander jeweils um ein Drittel mit ihren jeweiligen endstelligen Untersegmentem 7"'. Praktisch wird diese Überlappung durch eine Unterteilung der Leuchtsegmente 7" in, eine entsprechende Anzahl von kleineren Untersegmenten 7"' (bzw. LED-Gruppen) und entsprechende Schalttechnik erreicht.

[0063] In Fig. 8 sind bei (C) drei von acht vorhandenen Leuchtsegmenten 7" dargestellt, deren Untersegmente 7"' in einem größeren Ausmaß gemeinsam verwendet werden als bei (B) dargestellt. Die Endbereiche der in sieben Untersegmenten 7"' unterteilten Leuchtsegmente 7" überlappen einander um 3/7 ihrer Längserstreckung, d.h. dass jeweils drei Untersegmente 7"' bei aufeinanderfolgenden Belichtungen von zwei Leuchtsegmenten 7" doppelt belichtet werden. Des weiteren ist vorgesehen, dass in den endständigen Untersegmenten 7"' bzw. in den Endbereichen die Intensität der Lichtabstrahlung etwa auf die Hälfte reduziert ist, was aus der halben Breite des das Ende des jeweiligen Leuchtsegmentes 7" darstellenden schwarzen Balkens ersichtlich ist. Die sich durch die Unterteilung der Leuchtsegmente 7" ergebenden, über die einzelnen Winkelbereiche bzw. Winkelsegmente aufgenommenen Intensitäten des reflektierten Lichtes sind jeweils rechts dargestellt.

[0064] In Fig. 8 ist bei (D) eine Überdeckung von Leuchtsegmenten 7" dargestellt, wobei die Untersegmente der Leuchtsegmente 7" einander in den jeweiligen Endbereichen sich um 5/11 überdecken. Durch die erhöhte Anzahl von Untersegmenten 7" und die unterschiedlichen Lichtintensitäten der Untersegmente 7"' in den randseitigen Bereichen wird die Winkelauflösung weiter verbessert. Die interpolierten Peakpositionen sind jeweils als kleine ausgefüllte Kreise im Intensitätsverlauf dargestellt.

[0065] In der in Fig. 8 enthaltenen Tabelle sind für acht bzw. zwölf Leuchtsegmente 7" und somit für die Aufnahme von acht bzw. zwölf Bilder die bei unterschiedlicher Anzahl von Untersegmenten und unterschiedlich gewählten Helligkeiten innerhalb der Untersegmente möglichen maximalen Peakfehler eingetragen. Diese Angaben erfolgen für Gegenstandsaufnahmen von acht oder zwölf Bildern und sind mit Formel (4) für andere Anordnungen zu berechnen. Man erkennt, dass durch die Erhöhung der Anzahl von Untersegmenten 7" bei gleichbleibender Anzahl von Bildern, also ohne zusätzlichen Zeit- oder Rechenaufwand, die Auflösung erhöht (bzw. der maximale Peakfehler gesenkt) werden kann.

[0066] Die Anzahl der in einem Leuchtsegment 7" enthaltenen Untersegmente 7"' kann durch entsprechende Schaltungsvorgaben und Schaltungstechniken für unterschiedliche Anwendungszwecke variiert werden. Vorab wird die Anzahl der aufzunehmenden Bilder festgelegt, wodurch auch der Zentriwinkel festgelegt wird, über welchen sich ein Leuchtsegment 7" erstreckt, da aufeinanderfolgende Leuchtsegmente 7" unmittelbar aneinander anschließen sollen. Wenn, wie beispielsweise in Fig. 8 bei (D) ein Leuchtsegment 7" in elf Untersegmente 7"' unterteilt ist, so wird dieses Leuchtsegment 7" zur Aufnahme eines Bildes (n-1) eingeschaltet und sämtliche Untersegmente 7" leuchten; die in den Endbereichen angeordneten Leuchtsegmente leuchten dabei mit verringerter Intensität. Das nächstfolgende Bild (n) wird mit einem Leuchtsegment 7" aufgenommen, dessen erstes Untersegment dem siebenten Untersegment 7"' entspricht, das in dem Leuchtsegment 7" gelegen ist, mit dem das erste Bild (n-1) belichtet wurde. Dieses Untersegment strahlt jedoch bei der Aufnahme dieses nächstfolgenden Bildes (n) lediglich Licht mit einem Drittel der zuvor abgestrahlten Intensität ab. Das diesem Untersegment nächstfolgende Untersegment strahlt bei dieser Aufnahme Licht in einer Intensität ab, die zwei Drittel der Intensität der zuvor abgestrahlten Intensität entspricht. Das dritte Leuchtsegment 7"' strahlt mit derselben Intensität Licht ab wie bei der vorangehenden Bildaufnahme. Das Ausmaß, in welchen die Intensitäten variiert werden, ist wählbar und wird für die jeweilige Anwendung vorgegeben. Gleiches gilt auch für die Größe bzw. Anzahl der Untersegmente 7"'. 7/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 [0067] Die Erfindung wird anhand einer Prüfung der Vernähung von Kohlenstofffasermatten beispielsweise näher erläutert. Es wird ein sich über 360° ertreckender Beleuchtungsring 2 mit Spiegel 9 verwendet (entsprechend Fig. 1 rechts). Die Vorgangsweise gilt analog auch für andere Untersuchungsweisen und -anordnungen. Es sollen die drei charakteristischen Klassen von Oberflächen erkannt werden, so wie derartige Oberflächen einer Kohlenstoffmatte in Fig. 9 dargestellt sind.

[0068] Die unterschiedlichen Parameter bzw. unterschiedlichen Reflexionseigenschaften in unterschiedliche Richtungen (diffuse und spiegelnde Reflexion, Azimutwinkel) erlauben eine zuverlässige Trennung der drei Oberflächentypen. Die allenfalls ermittelte Faserschiefstellung (Polarwinkel θ) ist für die Trennung der Peaks nicht nötig, kann aber als Qualitätsmerkmal genutzt werden.

[0069] Der Beleuchtungsring 2 wurde für diesen Anwendungszweck in acht gleich große Leuchtsegmente 7" unterteilt. Es ist zweckmäßig, darauf zu achten, dass jeder Punkt des zu prüfenden Oberflächenbereichs 8 von jeder Position bzw. von jedem Winkelbereich des Beleuchtungsringes 2 die vorgesehene Lichtleistung empfängt. Das betrifft auch die Homogenität der Lichtangabe der einzelnen Bereiche bzw. Lichtquellen 7 innerhalb der Leuchtsegmente.

[0070] Es werden nacheinander die einzelnen Leuchtsegmente 7" eingeschaltet und jeweils zumindest eine Aufnahme gemacht. Für jeden betrachteten bzw. beleuchteten Gegenstandbereich 8 stehen damit acht Grauwerte bzw. -bilder zur Verfügung, von denen jeder(s) die Summe der Reflexionen aller Punkte innerhalb des jeweiligen Leuchtsegments 7" darstellt. Die Summe der Grauwerte aller Einzelbilder entspricht genau dem Bild, das bei Beleuchtung des Oberflächenbereiches durch den gesamten Beleuchtungsring 2 entsteht. In Fig. 10 ist ein Bildausschnitt der Rohdaten einer solchen Messung abgebildet. Fig. 10 zeigt eine beispielhafte Aufnahmeserie eines Objektbereiches über 360° mit acht Leuchtsegmenten. Man erkennt die gewobenen Faserbündel und den Nähfaden. Die Trennung der Bündel anhand eines Einzelbildes ist jedoch nicht vollständig möglich.

[0071] Bei hochaufgelösten Bildern führen mitunter kleine Bewegungen von Kamera oder Objekt zwischen den Aufnahmen zu fehlerhaften Ergebnissen. Deshalb könnte der aufgenommene Oberflächenbereich 8 nur zur Hälfte mit dem Ringlicht beleuchtet werden. Der restliche Bereich könnte mit einer unveränderlichen Lichtquelle gleicher Stärke beleuchtet werden. Durch Korrelation des konstant beleuchteten Bildbereichs kann die Verschiebung zwischen den Bildern bestimmt und kompensiert werden.

[0072] Bei der bereits diskutierten Reflexionsanalyse wird jeder Bildpunkt gesondert betrachtet, es ist also vorerst keinerlei Interpretationen des Bildinhaltes nötig.

[0073] In Fig. 11 sind für einen Bildpunkt die 8 Messwerte als Polardiagramm (wie in Fig. 5) und daneben abgewickelt dargestellt. In Fig. 11 sind die gemessenen Grauwerte und die daraus berechnete Vorzugsrichtung 15 für einen ausgewählten Bildpunkt 0 ersichtlich gemacht, und zwar links in Fig. 11 in Form eines Polardiagrammes und rechts in Fig. 11 in Form eines kartesischen Koordinatensystems, abgewickelt über den Zentriwinkel bzw. Umfang des Beleuchtungsringes. Aus dem Differenzwinkel α von 126° berechnet sich mit (3) ein Polarwinkel θ mit 15°. Eine Messung ohne Berücksichtigung dieser Schiefstellung der Faser, beispielsweise mit einer Messung mit einem Beleuchtungsteilring mit einer Winkelerstreckung von 180° hätte einen um 27° falschen Azimutwinkel ergeben. Der kleinste Grauwert ergibt den diffusen Anteil, die Fläche unter den Peaks 14 ergibt den spiegelnden Reflexionsanteil. Danach werden die zwei größten lokalen Maxima gesucht. Die Schwerpunkte der Peakflächen werden als Reflexionspositionen betrachtet. Aus den zugehörigen Positionen am Beleuchtungsring 2 berechnet man mit Formel (1) und (2) Azimut- und Polarwinkel.

[0074] Für die grafische Darstellung der Ergebnisse werden ein oder mehrere der pro Pixel berechneten Kennwerte in RGB- oder Graustufenwerte umgerechnet.

[0075] In Fig. 12 sind die Resultate der pixelweisen Auswertung dargestellt. Im linken Bild sind die Nähfäden dunkel hervorgehoben (nur diffuser Anteil D). In Fig. 12 rechts erkennt man eine 8/18

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Betonung einer Faserlager mit Azimutwinkel φ0. Die leicht verdrehten Fasern erscheinen grau, die Nähfäden werden unterdrückt bzw. nur schwach ersichtlich dargestellt. Die kleinen schwarzen Flecken im Bild stammen von Klümpchen auf der Oberfläche. Die Grauwerte g entsprechen der Abweichung des Azimutwinkels vom Winkel <p0der Decklage und berechnen sich mit der Formel

(5) [0076] Dazu wurden der mit Näherungsformel (3) berechnete Azimutwinkel φ, der Winkel der Decklage φ0 und der diffuse Reflexionsanteil D kombiniert. Mit der Modulo-Funktion im ersten Teil der Formel wird die Abweichung vom gesuchten Azimutwinkel φ0 berechnet. Die Gewichte a und b werden an die Materialeigenschaften angepasst.

[0077] In Fig. 13 sind einige Ergebnisbilder dargestellt. Die weitere Verarbeitung der gewonnen Bilder kann mit klassischen Bildverarbeitungsmethoden erfolgen. Fig. 13(a) zeigt eines der aufgenommenen Einzelbilder. Bei (b) ist der diffuse Anteil, bei (c) die Hauptfaserlage, bei (d) der spiegelnde Anteil, bei (e) der Polarwinkel und bei (f) ein Stromlinienmodell ersichtlich gemacht.

[0078] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf folgende Weise eingesetzt werden: [0079] Als Handsensor wird die Vorrichtung über eine Oberfläche gehalten oder aufgesetzt. Der von der Kamera aktuell einsehbare Ausschnitt wird ausgewertet und angezeigt. Bei Bewegung der Vorrichtung über die Oberfläche können die von unterschiedlichen Flächenbereichen erhaltenen Einzelbilder zu einem Gesamtbild der Oberfläche zusammengesetzt werden. Zur Bestimmung der Verschiebung zwischen den Aufnahmen kann der oben beschriebene Mustervergleich herangezogen werden.

[0080] Die Vorrichtung kann auf einem Roboterarm montiert sein und es werden automatisch Prüfpositionen angefahren.

[0081] Bei einem Nähroboter wird die Vorrichtung zusätzlich zu einem Nähkopf am Roboterarm montiert und prüft die Fasern und Nähte direkt nach dem Nähprozess.

[0082] Zur Prüfung bei der Rollenabwicklung von Kohlefasermatten wird der Sensor auf einem Linearschlitten montiert. Während das Halbzeug abgewickelt wird, fährt der Sensor hin und her und prüft so zeilenweise die gesamte Fläche. Die Einzelbilder werden mit Hilfe der bekannten Verschubgeschwindigkeit des Halbzeugs zu einem Gesamtbild zusammengesetzt.

[0083] Bei Einsatz der Vorrichtung für einen Portalscanner wird die Vorrichtung in x- und y-Richtung bewegt und kann große ebene Flächen zeilenweise abscannen.

[0084] Die erfindungsgemäße Vorgangsweise wird im Besonderen zu Prüfung von Kohlefasermatten, -fäden, -gelegen, -geweben und vergleichbaren Strukturen eingesetzt.

[0085] Unter Leuchtsegment 7" wird die Gesamtheit der Lichtquellen 7 eine Beleuchtungseinheit verstanden, die für die Aufnahme eines Bildes zur Beleuchtung des Gegenstandes eingeschaltet wird. Ein Leuchtsegment enthält eine vorgegebene Anzahl von Lichtquellen 7 oder von Untersegmenten 7"'. Ein Untersegment 7"' enthält zumindest eine Lichtquelle 7 bzw. eine vorgegebene Anzahl von gleichzeitig geschalteten bzw. geregelten Lichtquellen 7.

[0086] Eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit für eine Vorrichtung zur Prüfung von Gegenständen mit ebenen oder eine Vorzugserstreckung, insbesondere die Form von allgemeinen Zylindern, besitzenden Oberflächenstrukturen, vorzugsweise von mit Fasern, Riefen, Faserbündeln, Fasergelegen oder Fäden aus Kohlenstoff gebildeten Gegenständen, mit einer Beleuchtungseinheit, einer das vom Gegenstand reflektierte Licht aufnehmenden Bildaufnahmeeinheit oder Kamera und einer an diese angeschlossenen Auswerteeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass die Beleuchtungseinheit auf einem kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Träger eine Anzahl von längs zumindest einer Kreislinie angeordneten Lichtquellen (7), vorzugsweise LEDs, 9/18

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 aufweist, dass die auf dem dergestalt gebildeten Beleuchtungsring oder -teilring befindlichen Lichtquellen (7) bezüglich der Träger- bzw. Ringachse (5) unter jeweils gleichem Einfallswinkel Licht (8) abstrahlen und zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes regelbar sind, dass der Abstand zwischen den einzelnen längs des bzw. über den Umfang des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) oder die Umfangserstreckung von nicht lichtabstrahlenden, zwischen den einzelnen Lichtquellen (7) längs des Umfangs liegenden Bereichen des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) einen Zentriwinkel σ < 10°, vorzugsweise σ < 6°, insbesondere <5°, besitzen oder vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass der Beleuchtungsring oder -teilring (2) von der Ringachse (5) her gesehen, insbesondere in der Ringebene gesehen, frei von nichtleuchtenden Bereichen ist. Der die Lichtquellen 7 tragende Ring bzw. ringförmige Träger bildet mit den Lichtquellen 7 den Beleuchtungsring, auf dem gegebenenfalls noch zumindest teilweise die Schalteinheit angeordnet ist. [0087] Diese Beleuchtungseinheit wird mit der Kamera, der Auswerteeinheit und den weiteren erforderlichen Einheiten zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung kombiniert. Es ist von Vorteil, wenn die Lichtquellen (7) an eine Schalteinheit angeschlossen sind, mit der die einzelnen Lichtquellen (7) oder eine vorgegebene Anzahl der Lichtquellen (7) zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes regelbar sind bzw. wenn eine Anzahl der, vorzugsweise alle, längs des Umfanges des Beleuchtungsringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) zu einer vorbestimmten Anzahl von Leuchtsegmenten (7") zusammengefasst sind, wobei die von den jeweiligen Leuchtsegmenten (7") umfassten Lichtquellen (7) zur Beleuchtung des vorgegebenen Objektbereiches (8) mit der Schalteinheit gleichzeitig ein- und ausschaltbar sind und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes einesregelbar sind. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Prüfung von Gegenständen mit ebenen oder eine Vorzugserstreckung, insbesondere die Form von allgemeinen Zylindern, besitzenden Oberflächenstrukturen, vorzugsweise von mit Fasern, Riefen, Faserbündeln, Fasergelegen oder Fäden aus Kohlenstoff gebildeten Gegenständen, mit einer Beleuchtungseinheit, einer das vom Gegenstand reflektierte Licht aufnehmenden Bildaufnahmeeinheit oder Kamera und einer an diese angeschlossenen Auswerteeinheit, - wobei als Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines vorgegebenen Objektbereichs (8) des Gegenstandes (3) eine Anzahl von längs zumindest einer Kreislinie angeordneten, einen Beleuchtungsring oder -teilring (2) ausbildenden Lichtquellen (7), vorzugsweise LEDs, vorgesehen ist, - wobei die den Beleuchtungsring oder -teilring (2) ausbildenden Lichtquellen (7) bezüglich der Ringachse (5) unter jeweils gleichem Einfallswinkel Licht (8) abstrahlen und zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes regelbar sind, und - wobei die zur Aufnahme des vom Objektbereich (8) reflektierten Lichtes vorgesehene Bildaufnahmeeinheit oder Kamera (1) auf oder im Bereich der Ringachse (5) gelegen ist oder mit ihrem Bildbereich den innerhalb des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) gelegenen Objektbereich (8) erfasst, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Anzahl der, vorzugsweise alle, längs des Umfanges des Beleuchtungsringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) zu einer vorbestimmten Anzahl von Leuchtsegmenten (7") zusammengefasst ist, wobei die von den jeweiligen Leuchtsegmenten (7") umfassten Lichtquellen (7) zur Beleuchtung des vorgegebenen Objektbereiches (8) gleichzeitig ein-und ausschaltbar sind und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes einregelbar sind, - dass die Lichtquellen (7) des Beleuchtungsringes (2) in eine vorgegebene Anzahl von Untersegmenten (7"') zusammengefasst sind, welche Untersegmente (7"') von einer Schalteinheit zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes einregelbar sind, bzw. wobei von der Schalteinheit ei- 10/18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15 ne Anzahl von in Umfangsrichtung des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) gesehen aufeinanderfolgenden Untersegmenten (7"') gleichzeitig und somit ein Leuchtsegment (7") ausbildend ein- und ausschaltbar sind, - dass die Intensität des von den einzelnen Leuchtsegmenten (7") abgestrahlten Lichtes (6) in ihren endständigen Untersegmenten (7") von der Intensität der im Mittelbereich (21) des jeweiligen Leuchtsegmentes (7") liegenden Untersegmenten (7"') abweicht und insbesondere in den in den Endbereichen (20) gelegenen Untersegmenten (7"') geringer ist und die Leuchtsegmente (7") in ihren Endbereichen überlappend angeordnete Bereiche aufweisen, und - dass der Abstand zwischen den einzelnen längs des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) oder von von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmenten (7") oder Untersegmenten (7"') oder die Umfangserstreckung von nicht lichtab-strahlenden, zwischen den einzelnen Lichtquellen (7) oder von von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmenten (7") oder Untersegmenten (7"') längs der Kreislinie liegenden Bereichen des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) einen Zentriwinkel σ < 10°, vorzugsweise σ < 6°, insbesondere <5°, beträgt oder dass der Beleuchtungsring oder -teilring (2) von der Ringachse (5) her gesehen, insbesondere in der Ringebene gesehen, frei von nichtleuchtenden Bereichen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) und/oder Leuchtsegmente (7") einen Teilring ausbilden, der sich über einen Zentriwinkel (o) von zumindest 180“erstreckt, oder einen vollständigen, sich über einen Zentriwinkel (o) von 360° erstreckenden Beleuchtungsring (2) ausbilden.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtquellen (7) und/oder Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmente (7"') jeweils gleiche Größe und/oder zueinander in Umfangsrichtung gleiche Abstände besitzen und/oder dass die von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmenten (7"') in Umfangsrichtung gleiche Länge besitzen und/oder dass alle Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmente (7"') die gleiche Anzahl von Lichtquellen (7) umfassen.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lichtquellen (7) in einer die Ebene des Beleuchtungsringes (2) darstellenden Ebene angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsring (2) von einem sich über einen Zentriwinkel (σ) von zumindest 180° erstreckenden Teilring gebildet ist, dessen Ebene senkrecht zu der Fläche eines Spiegels (9) ausgerichtet ist, der direkt an diesen Teilring angelegt ist und sich von der Ebene des Teilringes (2) in Richtung des auf den Objektbereich (8) abgestrahlten Lichtes (6) erstreckt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Antriebseinheit umfasst, mit der der Beleuchtungsring (2) um seine Achse relativ zum betrachtenden Objektbereich (8) zu einer Drehbewegung angetrieben ist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungsring (2) in Bezug auf den Gegenstand (3) derart positioniert ist, dass die von ihm umschlossene Ringfläche bzw. -ebene die möglichen Reflektionskegel des von den Oberflächenpunkten des vorgegebenen Oberflächenbereiches (8) des Gegenstandes (3) reflektierten Lichtes der Lichtquellen (7) oder Leuchtsegmente (7") schneidet.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit das aus demselben Zentriwinkelbereich einfallende Licht unterschiedlicher Lichtquellen (7) bzw. das von unterschiedlichen Leuchtsegmenten (7") ausgehende und vom Objektbereich (8) in die Kamera (1) reflektierte Licht bzw. dessen Intensitätswerte für vorgegebene Zentriwinkelbereiche getrennt voneinander ermittelt und auswertet.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Mittelwertbildner umfasst, mit dem aus denselben Zentriwinkelbereich (σ) erhaltene Messwerte bzw. Peakintensitäten gemittelt werden. 11 /18 österreichisches Patentamt AT507 018B1 2012-11-15
10. 10. Beleuchtungseinheit für eine Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Prüfung von Gegenständen mit ebenen oder eine Vorzugserstreckung, insbesondere die Form von allgemeinen Zylindern, besitzenden Oberflächenstrukturen, vorzugsweise von mit Fasern, Riefen, Faserbündeln, Fasergelegen oder Fäden aus Kohlenstoff gebildeten Gegenständen, - wobei die Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines vorgegebenen Objektbereichs (8) des Gegenstandes (3) eine Anzahl von längs zumindest einer Kreislinie angeordneten, einen Beleuchtungsring oder -teilring (2) ausbildenden Lichtquellen (7), vorzugsweise LEDs, aufweist, - wobei die den Beleuchtungsring oder -teilring (2) ausbildenden Lichtquellen (7) bezüglich der Ringachse (5) unter jeweils gleichem Einfallswinkel Licht (8) abstrahlen und zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes regelbar sind, dadurch gekennzeichnet - dass eine Anzahl der, vorzugsweise alle, längs des Umfanges des Beleuchtungsringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) zu einer vorbestimmten Anzahl von Leuchtsegmenten (7") zusammengefasst ist, wobei die von den jeweiligen Leuchtsegmenten (7") umfassten Lichtquellen (7) zur Beleuchtung des vorgegebenen Objektbereiches (8) gleichzeitig ein-und ausschaltbar sind und/oder bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes einregelbar sind, - dass die Lichtquellen (7) des Beleuchtungsringes (2) in eine vorgegebene Anzahl von Untersegmenten (7'") zusammengefasst sind, welche Untersegmente (7"') von einer Schalteinheit zu vorgegebenen Zeiten ein- und ausschaltbar und bezüglich der Intensität des von ihnen abgestrahlten Lichtes einregelbar sind, bzw. wobei von der Schalteinheit eine Anzahl von in Umfangsrichtung des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) gesehen aufeinanderfolgenden Untersegmenten (7"') gleichzeitig und somit ein Leuchtsegment (7") ausbildend ein- und ausschaltbar sind, - dass die Intensität des von den einzelnen Leuchtsegmenten (7") abgestrahlten Lichtes (6) in ihren endständigen Untersegmenten (7") von der Intensität der im Mittelbereich (21) des jeweiligen Leuchtsegmentes (7") liegenden Untersegmenten (7"') abweicht und insbesondere in den in den Endbereichen (20) gelegenen Untersegmenten (7"') geringer ist und die Leuchtsegmente (7") in ihren Endbereichen überlappend angeordnete Bereiche aufweisen, und - dass der Abstand zwischen den einzelnen längs des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) angeordneten Lichtquellen (7) oder von von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmenten (7") oder Untersegmenten (7"') oder die Umfangserstreckung von nicht lichtab-strahlenden, zwischen den einzelnen Lichtquellen (7) oder von von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmenten (7") oder Untersegmenten (7"') längs der Kreislinie liegenden Bereichen des Beleuchtungsringes oder -teilringes (2) einen Zentriwinkel σ < 10°, vorzugsweise σ < 6°, insbesondere <5°, beträgt oder dass der Beleuchtungsring oder -teilring (2) von der Ringachse (5) her gesehen, insbesondere in der Ringebene gesehen, frei von nichtleuchtenden Bereichen ist.
11. 11. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lichtquellen (7) und/oder Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmente (7"') jeweils gleiche Größe und/oder zueinander in Umfangsrichtung gleiche Abstände besitzen und/oder dass die von den Lichtquellen (7) gebildeten Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmenten (7"') in Umfangsrichtung gleiche Länge besitzen und/oder dass alle Leuchtsegmente (7") und/oder Untersegmente (7"') die gleiche Anzahl von Lichtquellen (7) umfassen.
12. 12. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Lichtquellen (7) in einer die Ebene des Beleuchtungsringes (2) darstellenden Ebene angeordnet sind. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 12/18