DE102008012478A1

DE102008012478A1 - Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts und räumliches Bildaufnahmesystem

Info

Publication number: DE102008012478A1
Application number: DE200810012478
Authority: DE
Inventors: Christoph Simon
Original assignee: SIMON IBV GmbH
Current assignee: SIMON IBV GmbH
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts, mit mehreren um eine Objektposition herum angeordneten Lichtquelle und einer Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen, um unterschiedliche Lichtgeometrien in Bezug auf das an der Objektposition befindliche Objekt zu erzeugen. Eine bevorzugte Anwendung dieser Vorrichtung ist ein räumliches Bildaufnahmesystem.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts, beispielsweise für Forschungs-, Prüf- und Untersuchungszwecke oder auch für photografische Zwecke sowie ein räumliches Bildaufnahmesystem, das diese Vorrichtung verwendet.
In der Qualitätssicherung von Produktionsprozessen werden zunehmend Verfahren eingesetzt, die auf der bildlichen Erfassung der Prüfobjekte mit Kameras oder Sensoren und der Bildverarbeitung beruhen. Bei räumlichen Objekten kann es hierbei erforderlich sein, mehrere Seiten des Objekts zu erfassen. Komplexere räumliche Strukturen oder unterschiedliche Merkmale eines Objekts erfordern dabei unterschiedliche Positionierungen der Objekte in Bezug auf die Bildaufnahmevorrichtungen und/oder unterschiedliche Beleuchtungsszenarien im Raum, sogenannte „Lichtgeometrien”.
Häufig werden für das jeweilige Beleuchtungsszenario feste Beleuchtungsanordnungen eingerichtet und diese für ein anderes Beleuchtungsszenario ggf. mechanisch umgebaut bzw. umgestellt. Umbauten sind aber kosten- und zeitintensiv. Ferner ist es bei optischen Einzel- und Kleinserienprüfungen aus Kostengründen kaum möglich, für jedes zu prüfende unterschiedliche Produkt eine eigene, fest eingerichtete Beleuchtungsanordnung vorzusehen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts bereitzustellen, die unterschiedliche Lichtgeometrien auf einfachere Weise erzeugen kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts bringt die Erfindung auch ein räumliches Bildaufnahmesystem gemäß Anspruch 8 in Vorschlag.
Die um die Objektposition herum angeordneten Lichtquellen können mittels der Ansteuereinrichtung selektiv angesteuert werden, so dass ohne mechanisches Umstellen oder Umbauen unterschiedliche Lichtgeometrien in Bezug auf das an der Objektposition befindliche Objekt flexibel, schnell, kostengünstig und genau reproduzierbar erzeugt werden können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, deren 1 eine schematische Anordnung der Elemente der Beleuchtungsvorrichtung zeigt.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere räumlich um eine Objektposition 1 herum angeordnete Lichtquellen 2. Diese Lichtquellen sind vorzugsweise als flächig strahlende Lichtquellen ausgestaltet, wobei sich insbesondere flächige oder sphärische Arrays von Leuchtmitteln, flächige oder sphärische Arrays von Linsen und/oder Reflektoren in Verbindung mit einer oder mehreren, diesen zugeordneten Lichtquellen, Projektoren (Beamer), Flachbildschirme (LCD, Aktiv-Matrix, Plasma, OLED) anbieten. Insbesondere Flachbildschirme bzw. Displays sind handelsüblich und ihre einzelnen Leuchtelemente können auf einfache Weise selektiv angesteuert werden.
Die Lichtquellen erstrecken sich zumindest bereichsweise räumlich um die Objektposition herum. Vorzugsweise umgeben die Lichtquellen den horizontalen Umfang und ggf. die Oberseite sowie, soweit gewünscht, die Unterseite der Objektposition. Bei flächigen Lichtquellen wie Monitoren etc. bietet sich eine quaderartige Anordnung an, bei der die Objektposition in der Mitte liegt.
In der Darstellung ist die betrachterseitige bzw. vordere Lichtquelle zur Verdeutlichung weggelassen.
Alternativ kann die Objektposition veränderlich sein, z. B. durch Drehung und/oder Verschiebung einer Halterung 6 innerhalb des Raumes, so dass die Lichtquellen nicht den gesamten Raum um die Objektposition herum umgeben müssen und das Objekt mehrseitig durch die Bewegung des Objekts beleuchtet werden kann.
Die Lichtquellen werden mit einer numerischen bzw. digitalen Steuereinrichtung 3 selektiv angesteuert bzw. aktiviert und/oder moduliert, um unterschiedliche Lichtgeometrien in Bezug auf das an der Objektposition befindliche Objekt zu erzeugen. Hierzu können beispielsweise bei den Monitoren bzw. Displays deren Leuchtelemente oder Pixel einzeln oder segmentweise angesteuert und hinsichtlich ihrer Lichtabstrahlung in Lichtfarbe und/oder Lichtintensität und flächiger Ausdehnung der Lichtabstrahlung verändert werden.
Auf den Raum um die Objektposition bezogen können durch entsprechende Ansteuerung unterschiedliche Lichtgeometrien erzeugt werden, wobei die als Dunkelfeldbeleuchtung, Hellfeldbeleuchtung, Auflicht, Durchlicht, Punktlicht, Ringlicht, Zeilenbeleuchtung, Flächenbeleuchtung und Dombeleuchtung bekannten Lichtgeometrien in der Beleuchtungstechnik bekannt sind.
Die numerische bzw. digitale Steuerung kann einfach in die heute übliche Datenverarbeitung integriert und beispielsweise mit einer Einrichtung 4 zum interaktiven Einstellen der Lichtgeometrien durch einen Benutzer in der Form einer Maus- oder Joystick-Steuerung und/oder einer Einrichtung 5 zum Speichern von vordefinierten Lichtgeometrien und/oder einer Datenschnittstelle zu einer Datenverarbeitungseinrichtung kombiniert werden.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist ein räumliches Bildaufnahmesystem in der industriellen Bildverarbeitung, das zusätzlich eine Objektaufnahme für ein zu prüfendes Objekt, welche die Objektposition der Beleuchtungsvorrichtung definiert, und zumindest eine Bildaufnahmeeinheit (Kamera, CCD, Mikroskop), die ein Bild eines an der Objektaufnahme befindlichen Objekts unter unterschiedlichen optischen Achsenrichtungen aufnehmen kann, umfasst.
In diesem System kann die Bildaufnahmeeinheit und/oder die Objektaufnahme beweglich angeordnet sein, um eine Bilderfassung des Objekts aus unterschiedlichen Richtungen zu ermöglichen, ohne die Objektposition mechanisch verändern zu müssen. Die Steuerung der Stellorgane ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung der Beleuchtungsvorrichtung gekoppelt, um unterschiedliche Prüfszenarios vollautomatisch und mit großer Wiederholgenauigkeit definieren, speichern und abarbeiten zu können. Die bewegliche Anordnung der Objektaufnahme kann beispielsweise durch eine an sich bekannte bewegliche Tischanordnung mit Freiheitsgraden einer Beweglichkeit in verschiedenen Koordinatenrichtungen realisiert werden.

Claims

Vorrichtung zur räumlichen Beleuchtung eines Objekts, mit mehreren um eine Objektposition herum angeordneten Lichtquellen, und einer Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen, um unterschiedliche Lichtgeometrien in Bezug auf das an der Objektposition befindliche Objekt zu erzeugen.
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtquellen a) flächig strahlende Lichtquellen umfassen, insbesondere Arrays von Leuchtmitteln, Arrays von Linsen und/oder Reflektoren in Verbindung mit einer oder mehreren Lichtquellen, Projektoren, Flachbildschirme (LCD, Aktiv-Matrix, Plasma, OLED), oder b) sphärisch um die Objektposition herum angeordnete Lichtquellen umfassen.
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß Anspruch 2, wobei die Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen diese so ansteuern kann, dass ihre Lichtabstrahlung segmentweise selektiv veränderlich ist (Lichtfarbe, Lichtintensität).
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß Anspruch 3, wobei die Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen diese so ansteuern kann, dass in Bezug auf das an der Objektposition befindliche Objekt eine oder mehrere der folgenden Lichtgeometrien erzeugt werden können: Dunkelfeldbeleuchtung, Hellfeldbeleuchtung, Auflicht, Durchlicht, Punktlicht, Ringlicht, Zeilenbeleuchtung, Flächenbeleuchtung, Dombeleuchtung.
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Lichtquellen zumindest um einen horizontalen Umfang der Objektposition herum angeordnet sind.
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen eine numerische Steuerung umfasst.
Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Einrichtung zum selektiven Ansteuern der mehreren Lichtquellen eine Einrichtung zum interaktiven Einstellen der Lichtgeometrien und/oder eine Einrichtung zum Speichern von vordefinierten Lichtgeometrien umfasst.
Räumliches Bildaufnahmesystem, mit einer Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, einer Objektaufnahme, welche die Objektposition der Beleuchtungsvorrichtung definiert, und zumindest einer Bildaufnahmeeinheit, die ein Bild eines an der Objektaufnahme befindlichen Objekts unter unterschiedlichen optischen Achsenrichtungen aufnehmen kann.
Räumliches Bildaufnahmesystem gemäß Anspruch 8, wobei die mindestens eine Bildaufnahmeeinheit und/oder die Objektaufnahme beweglich angeordnet ist/sind.
Räumliches Bildaufnahmesystem gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Bildaufnahmeeinheit ein Mikroskop, eine Kamera und/oder einen Bildsensor umfasst.