DE102012208248B3

DE102012208248B3 - Abstandsvariationskompensiertes Farbsensorsystem

Info

Publication number: DE102012208248B3
Application number: DE201210208248
Authority: DE
Inventors: Dr. Wego Ansgar
Original assignee: ASTECH ANGEWANDTE SENSORTECHNIK GmbH
Current assignee: ASTECH ANGEWANDTE SENSORTECHNIK GmbH
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung für ein faseroptisches Sensorsystem zur berührungslosen punktuellen Messung von Farb- oder Spektralwerten von nicht selbstleuchtenden Objekten, wobei sich der Abstand der Objekte zum Sensorsystem während des Messvorgangs dynamisch ändern kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung für ein faseroptisches Sensorsystem zur berührungslosen punktuellen Messung von Farb- oder Spektralwerten von nicht selbstleuchtenden Objekten, wobei sich der Abstand der Objekte zum Sensorsystem während des Messvorgangs dynamisch ändern kann.
Punktförmige optische Reflexionsmessungen bilden die Grundlage für die Bewertung von Farb- oder Spektraleigenschaften von nicht selbstleuchtenden Objekten. Je nach interessierenden Eigenschaften werden mehr oder weniger spektral aufgelöste Einzelreflexionsmesswerte benötigt.
Für die Erfassung des Reflexionsspektrums eines Objektes werden meist fotoempfindliche Empfänger (Detektoren) mit mehreren spektralen Empfindlichkeitsbereichen (spektralen Kanälen) verwendet. Dabei wird das Licht entweder mittels dispersiver optischer Komponenten (Gitter, Prismen) spektral zerlegt und einem Detektorarray (CCD, Fotodiodenarray, CMOS) zugeführt. Oder es werden für jeden spektralen Bereich schmalbandige Einzelfilter verwendet, die vor den fotoempfindlichen Detektoren (meist Fotodioden) platziert werden. In beiden Fällen wird eine breitbandige Lichtquelle verwendet, um den gesamten interessierenden spektralen Messbereich abdecken zu können. Alternativ zur breitbandigen Beleuchtung mit schmalbandigem Empfang kann auch eine schmalbandige Beleuchtung mit breitbandigem Empfang erfolgen. Dazu wird das Messobjekt sequentiell mit dem Licht von mehreren Lichtquellen, die jeweils eine andere Wellenlänge ausstrahlen, beleuchtet. Die Reflexion des Messobjektes wird jeweils synchron zur Einzelbeleuchtung mit einem breitbandig fotoempfindlichen Detektor (meist Fotodiode) erfasst. Die spektrale Auflösung wird durch die Anzahl der verwendeten Lichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge festgelegt.
Aus dem Reflexionsspektrum können nach vorgeschriebenen Methoden Farbmaßzahlen (Farbwerte) berechnet werden (vgl. DIN 5033 – Spektralverfahren). Farbmessgeräte arbeiten überwiegend nach diesem Prinzip. Für die Erfassung von Farbeigenschaften reichen aber auch prinzipiell drei spektrale Empfindlichkeitsbereiche aus. Das Verfahren hierfür ist das sogenannte Dreibereichsverfahren (vgl. DIN 5033). Dieses wird häufig bei einfachen Farbsensoren angewendet.
Praktisch werden punktförmig Reflexionsmessende Sensorsysteme häufig für Erkennungsprobleme in der Automatisierungstechnik eingesetzt. Bevorzugt werden diese Systeme mit Lichtleitern ausgeführt. Mit Lichtleitern kann die Sensoreinheit vom Messort abgesetzt werden. Dies hilft bei geringen Platzverhältnissen und bei besonderen Schutzanforderungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Explosionsschutz etc.) am Ort der Messung. Linsenoptiken, die auf den Lichtleiter-Tastkopf aufgesetzt werden können, erhöhen bei Bedarf den Messabstand bzw. verkleinern den Messpunkt.
Optisch reflektierende Objekte können mit geeigneten Sensorsystemen anhand ihrer abgespeicherten relativen charakteristischen Farb- oder Spektralmesswerte wiedererkannt werden. Dies ermöglicht Anwendungen wie Sortiervorgänge oder die Steuerung von Produktionsabläufen.
Eine bedeutende Anwendungsgruppe betrifft die Messung von farbmetrischen Messwerten auf absoluter Basis. Dadurch lässt sich z. B. die Eigenschaft der Produktfarbe einer langfristigen Qualitätssicherung unterziehen.
Eine wichtige geforderte Eigenschaft an das verwendete optische Sensorsystem besteht in einer berührungsfreien Messwerterfassung. Das bedeutet, dass Geräte, die für ein industrielles Automatisierungsumfeld praktisch geeignet sein sollen, zur Messung nicht direkt auf das Objekt aufgesetzt werden dürfen. Weiterhin werden Messsysteme gefordert, die einen definierten Messpunkt aufweisen, um den Messort auf dem Objekt genau bestimmen zu können. Der sichtbare Lichtpunkt des Systems sollte daher auch der exakte Messpunkt sein.
Ein großes Hindernis für die Brauchbarkeit von gemessenen optischen Reflexionswerten stellt die direkte Abhängigkeit der Werte vom Objektabstand dar. Dies rührt daher, dass sich mit dem veränderten Objektabstand auch die Intensität am Ort des Empfängers ändert. Daher ist beispielsweise für die Gültigkeit von Farbmesswerten nach DIN 5033 eine feste Messgeometrie notwendig. Jede Änderung der Messgeometrie – z. B. durch Änderung des Messobjektabstands – verändert die Bezugsbasis für die Farbmessung und lässt die Messergebnisse damit unbrauchbar werden.
Im praktischen Einsatz von Farb- und Spektralsensorsystemen und insbesondere im industriellen Einsatz kann ein fester Objektabstand oft nicht realisiert werden. Hierfür gibt es verschiedene Ursachen:

• das Messobjekt befindet sich beispielsweise auf einem höhenveränderlichen Förderband
• das Messobjekt selbst beeinflusst aufgrund seiner unebenen Oberfläche den Abstand zum Sensorsystem
• unterschiedliche Größen des Messobjektes tragen zur Abstandsvariation bei
• das Messobjekt hat keine Führung und passiert den Sensor in unterschiedlichem Abstand

Zur Lösung des Abstandsproblems von optischen Sensorsystemen, welche zur Farb- oder Spektralanalyse eingesetzt werden, sind verschiedene Verfahren bekannt.
Aus der US 2009/0306926 A1 oder der US 8 159 666 B2 ist ein optisches Handmessgerät zur berührungsfreien Bestimmung der Farbe und anderer optischer Eigenschaften bekannt, welches Abstands- und Winkelinformationen zum Messobjekt berücksichtigt, um korrigierte Farb- bzw. Spektralwerte auszugeben. Das System arbeitet mit einem Lichtleiter, der aus mehreren Einzelfasern für verschiedene Funktionen besteht. Eine zentral angeordnete Faser dient der Beleuchtung. Peripher zur Beleuchtungsfaser sind in verschiedenen Abständen weitere Fasern angeordnete, die der Bestimmung von Abstands- und Winkelinformationen sowie der Erfassung von Farb- bzw. Spektralwerten dienen. Die Abstandsbewertung erfolgt wie bei einem einfachen faseroptischen Abstandssensor (vgl. z. B. US 3 327 584 A ). Dafür sind in den peripher angeordneten Empfangslichtleitern separate Fasern vorhanden, welche das Licht zu separaten Detektoren leiten. Der Objektabstand wird aus dem Verhältnis des Intensitätsspitzenwertes zum aktuellen Intensitätswert gebildet. Der Spitzenwert liegt für die gegebene Faseranordnung (weitgehend unabhängig von den reflektiven Eigenschaften des Messobjektes) bei einem charakteristischen Objektabstand. Die Intensität des Spitzenwertes muss als Vergleichswert gespeichert werden und wird bei der zeitlichen Annäherung des Messkopfes an das Objekt ermittelt. Die Messung setzt daher eine Bewegung des Messkopfes in Richtung des Messobjektes voraus. Diese Notwendigkeit der Messkopfbewegung stellt eine starke Einschränkung der Methode für industrielle Anwendungen mit vorzugsweise fest montierten Sensorsystemen dar. Der nutzbare Abstandsvariationsbereich ist eher gering und liegt prinzipbedingt unterhalb des Intensitätsmaximums der Lichtleiteranordnung. Weiterhin ist Nachteilig, dass zusätzlich zu den Fasern und Detektoren für die Abstands- und Winkelbestimmung separate Detektoren und Empfangsfasern für die Spektral- bzw. Farbauswertung benötig werden. Dies hat einen erhöhten Auswerte- und Kostenaufwand zur Folge.
In der DE 10 2007 015 741 B3 wird ein Verfahren für einen abstandsunabhängigen Farbsensor beschrieben, welches auf einer Höhennachführung eines Referenzobjektes beruht. Dazu wird der Abstand zum Messobjekt mittels separatem Abstandssensor gemessen und ein Referenzobjekt durch Nachführung auf gleichen Abstand zum Messobjekt gebracht. Durch permanente Farbmessung mittels zweier identischer Farbmesskanäle werden die veränderten Farbmesswerte vom Referenzobjekt zur Korrektur der Farbmesswerte des Messobjektes herangezogen. Die Messeinrichtung zur Abstandserfassung und zur Farbwerterfassung haben separate optische Achsen. Die mechanische Nachführung des Referenzobjektes begrenzt die Dynamik des Systems. Die erforderliche separate Abstandsmesseinrichtung und die elektromechanische Referenzobjektnachführung erhöhen die Systemkosten.
Aus der EP 2 169 368 A2 und der EP 1 519 169 A2 sind industrietaugliche Farbmesssysteme bekannt, bei denen eine gewisse Abstandsunabhängigkeit dadurch erreicht wird, dass das Messobjekt mittels Freistrahloptik mit einem deutlich größeren Lichtfleckdurchmesser beleuchtet wird, als für den Empfängermessfleck erforderlich ist (Überbeleuchtung). Die Objektbeleuchtung erfolgt hier in einem festen Winkel, während der Empfang senkrecht zum Messobjekt orientiert ist. Der Beleuchtungsfleck besitzt eine homogene Flächenleuchtdichte. Bewegt sich der Empfängermessfleck abstandsbedingt innerhalb der Grenzen des Beleuchtungsflecks, so ändert sich das Intensitätssignal nur moderat. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der sichtbare Lichtfleck wegen der starken Überleuchtung nicht mit dem eigentlichen Messpunkt übereinstimmt. Das Verfahren berücksichtig prinzipbedingt keine Intensitätsschwankungen, die bei diffus streuenden Objekten durch Abstandsvariationen hervorgerufen werden.
In der US 4 756 619 A wird ein Reflexionsmessgerät offenbart, welches eine Abstandsunabhängigkeit ebenfalls durch starke Überleuchtung der Messstelle erreicht. Auch hier gilt der Nachteil, dass der sichtbare Lichtfleck wegen der Überleuchtung nicht mit dem eigentlichen Messpunkt übereinstimmt. Das Verfahren berücksichtigt auch keine Intensitätsschwankungen, die bei diffus streuenden Objekten durch Abstandsvariationen hervorgerufen werden.
In der JP 2000-205957 A wird ein Farbtonmessgerät beschrieben, das mehrere separat am System angebrachte Abstandssensoren verwendet, um Neigungs- und Abstandsveränderungen des Messobjektes gegenüber einer Referenzposition zu detektieren. Mit den Messdaten aus den Abstandssensoren wird eine Korrektur der Farbmesswerte vorgenommen. Die Messeinrichtungen zur Abstandserfassung und zur Farbwerterfassung haben separate optische Achsen. Das Verfahren eignet sich nur für ebene, ausgedehnte Messobjekte wie Platten und Ähnliches.
In der JP 2000-131243 A wird ein Reflexionssensor beschrieben, der zur Detektion von Farb- und Glanzeigenschaften geeignet ist. Das System arbeitet mit polarisiertem Licht. Zur Abstandsdetektion wird hier ein separater positionsempfindlicher Detektor eingesetzt. Mit dem Abstandssignal des positionsempfindlichen Detektors wird das Sensorsignal korrigiert. Wegen der nötigen Freistrahloptik für das zugrundeliegende Triangulationsprinzip, können bei diesem Verfahren keine Lichtleiter zur Messlichtkopplung eingesetzt werden.
In der JP 61-151433 A wird ein Bildaufnahmegerät beschrieben, welches zur Detektion von optischen Eigenschaften eines Objektes unabhängig von dessen Abstand arbeitet. Dazu wird ein Abstandssignal mittels eines separaten positionsempfindlichen Lichtdetektors gewonnen und zur Belichtungssteuerung verwendet. Es wird eine Freistrahloptik für das zugrundeliegende Triangulationsprinzip benötigt. Ein Einsatz von Lichtleitern ist damit nicht möglich.
In der JP 09-288007 A wird ein Spektralkolorimeter beschrieben, das Abstandsänderungen kompensieren kann. Auch hier wird ein separater positionsempfindlicher Lichtdetektor zur Gewinnung eines Abstandssignals verwendet. Mit der Abstandsinformation werden die Reflexionsmesswerte bezüglich einer Referenzposition korrigiert. Das Verfahren benötigt eine Freistrahloptik für das zugrundeliegende Triangulationsprinzip. Damit ist kein Einsatz von Lichtleitern möglich.
In der JP 2007-057529 A wird ein Spektralphotometer beschrieben, welches für variierende Messabstände kompensiert werden kann. Die Abstandsinformation wird auch hier mit einem separaten Abstandssensor gewonnen und zur Korrektur der Messwerte verwendet. Die Messeinrichtungen zur Abstandserfassung und zur Farbwerterfassung haben separate optische Achsen. Das Verfahren eignet sich nur für ebene, ausgedehnte Messobjekte wie Platten und. Ähnliches.
In der EP 1 694 048 A1 wird ein Farbmessgerät offenbart, welches Korrekturmittel für Winkel- und Abstandsfehler enthält. Wobei die Abstands- bzw. Winkelfehler entweder statisch vorab oder durch Abstandsmesseinrichtungen gewonnen werden, die eine Phasendifferenz von bewegten Messobjekten als Messmethode ausnutzen. Das Verfahren ist nicht universell verwendbar.
In der EP 1 136 787 A1 wird ein Verfahren zur Objektabbildung mit Abstandskompensation offenbart. Hier wird ein Kompensationslichtstrahl in einem Winkel mit auf das Objekt projiziert. Die Position des vom Objekt reflektierten Kompensationslichtstrahls wird auf einem ortsauflösenden Empfänger detektiert. Dadurch kann der Abstand zum Objekt ermittelt werden und zur Korrektur genutzt werden. Das Verfahren benötigt eine Freistrahloptik für das zugrundeliegende Triangulationsprinzip. Damit ist ein Einsatz von Lichtleitern nicht möglich.
In der DE 103 17 447 A1 wird eine Sensoreinrichtung zur Erfassung von Farben offenbart. Ein variierender Objektabstand wird hier durch ortsauflösende Lichtempfänger wie positionsempfindliche Detektoren, CCDs oder Diodenarrays ermittelt. Wobei die Lichtempfänger durch vorgeschaltete Farbfilter gleichzeitig der Bestimmung der Farbanteile dienen. Mit Hilfe des Abstandssignals werden die Messwerte des Systems korrigiert. Das Verfahren benötigt eine Freistrahloptik für das zugrundeliegende Triangulationsprinzip. Ein Einsatz von Lichtleitern ist somit nicht möglich.
In der DE 10 2005 043 627 A1 wird ein optischer Sensor und ein Verfahren offenbart, welches die chromatischen konfokalen Abbildungserscheinungen bei der breitbandigen Beleuchtung von reflektiven Objekten mittels Linsen ausnutzt. Das Verfahren erfordert eine Freistrahloptik und ist nicht für die Anwendung mit Lichtleitern geeignet.
In der EP 1 202 209 A1 wird ein Verfahren zur kosmetischen „Make-Up” Beratung dargelegt. Dabei werden eine digitale Fotokamera, ein Computer mit Display sowie ein Abstandssensor eingesetzt. Mit Hilfe eines speziellen Farbtargets und eines separaten Abstandssensors werden Farb- bzw. Helligkeitskorrekturen im Foto durchgeführt. Der Abstandsensor ermittel Abstandswerte für eine statische Korrektur. Eine dynamische Korrektur ist nicht vorgesehen. Bewegungen des Messobjektes können dadurch nicht korrigiert werden. Der Charakter einer industriellen Anwendung ist nicht zu erkennen.
Aus der EP 1 262 749 A2 ist ein Spektralfotometer bekannt, dass einigermaßen unabhängig vom Abstand und Winkel des Messobjektes ist. Diese Unabhängigkeit wird durch die Abbildungseigenschaften spezieller Beleuchtungs- und Empfangslinsenoptiken erreicht. Das Verfahren benötigt eine Freistrahloptik und ist für Lichtleiteranwendungen ungeeignet.
Viele der oben genannten Verfahren haben den Nachteil, dass der Lichtweg der Messeinrichtung zur Abstandsinformation eine andere optische Achse besitzt, als der Lichtweg der eigentlichen Reflexionsmesseinrichtung. Dadurch stimmt bei nicht planen Messobjekten bzw. bei kleinen Messobjekten der Abstand des Messobjektes zur Reflexionsmesseinrichtung nicht immer mit dem Abstand zur Abstandsmesseinrichtung überein. Daher entstehen Messfehler, die einer erfolgreichen Kompensation abstandsvariationsbedingter Messwertschwankungen entgegenwirken. Das in den oben genannten Verfahren am meisten verwendete Abstandsdetektionsverfahren beruht auf dem Triangulationsprinzip. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens beruht darin, dass eine Freistrahloptik erforderlich ist. Da viele reflexionsmessende Sensorsysteme mit Lichtleitern betrieben werden, scheidet diese Methode zur Abstandskompensation aus. Das Phasendifferenzverfahren (vgl. EP 1 694 048 A1 ) erfordert bewegte Objekte mit bekannter Geschwindigkeit und ist daher nicht universell geeignet. Eine mechanische Abstandskompensation (vgl. DE 10 2007 015 741 B3 ) hat den Nachteil, dass die Realisierung teuer und wenig dynamisch ist, da die bewegten Massen nicht beliebig gering gehalten werden können.
Oft wird bei einfachen Farbsensoren von Abstandsunabhängigkeit gesprochen. Hier wird aber nur die Tatsache ausgenutzt, dass die gemessenen Farbanteile eines Objektes sich bei Abstandsänderung nicht ändern. Es kann aber keine Aussage über die Helligkeit (bzw. Intensität) des Objektes gemacht werden, da durch die Bildung der Farbanteile die Helligkeitsinformation verloren geht. Eine Unterscheidung zwischen Grautönen ist also nicht möglich.
Auch sind reflexionsmessende Sensorlösungen bekannt, die in geringem Maße unempfindlich gegenüber Abstandsänderungen sind. Ausgenutzt wird hier der „Totpunkt” bei Verwendung einer Linsenoptik. Im „Totpunkt” liegt ein Intensitätsmaximum bei einem bestimmten Arbeitsabstand für die Anordnung vor. Der Intensitätsabfall in einem schmalen Bereich zu beiden Seiten des „Totpunktes” ist mehr oder weniger gering. Eine wirkliche Unabhängigkeit ist aber nicht gegeben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches und preiswertes Verfahren und eine entsprechende Anordnung für ein gegen Abstandsänderungen kompensiertes optisches Sensorsystem zur punktuellen berührungslosen Messung von Reflexionswerten von nicht selbst leuchtenden Objekten zur Bestimmung von Farb- oder Spektraleigenschaften bereitzustellen, welches die Messwerte dynamisch und in einem optischen Messpunkt erfasst, und welches darüber hinaus geeignet ist, eine Messlichtkopplung mittels Lichtleiter zu realisieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein optisches Sensorsystem mit einer Lichtquelle oder mit mehreren Lichtquellen zur Objektbeleuchtung, ein fotoempfindlicher Hauptempfangskanal mit einem spektralen Empfindlichkeitsbereich oder mit mehreren spektralen Empfindlichkeitsbereichen (Spektralkanälen) und ein fotoempfindlicher Nebenempfangskanal mit (auf den Hauptempfangskanal bezogen) identischen spektralen Eigenschaften verwendet wird. Die beiden Empfangskanäle müssen eine bezüglich der Abstandsempfindlichkeit unterschiedliche charakteristische Funktion aufweisen (siehe z. B. 4). Die Abstandsempfindlichkeitsfunktion der beiden Empfangskanäle wird dabei nur durch die verwendete geometrische Anordnung und/oder die optischen Eigenschaften der beteiligten optischen Komponenten zur Messlichtführung festgelegt. Von den Intensitätswerten der beiden Empfangskanäle wird das Signalverhältnis (der Quotient) gebildet. Die Intensitätswerte werden bei Empfängern mit mehr als einem spektralen Empfindlichkeitsbereich als Mittelwerte (Summenwerte oder Integralwerte) aus den einzelnen Messwerten der entsprechenden spektralen Empfindlichkeitsbereiche der Empfangskanäle berechnet. Im Falle einer sequentiellen Objektbeleuchtung mit mehreren wellenlängenverschiedenen Lichtquellen und breitbandigem Empfänger werden die Intensitätswerte als Mittelwerte (Summenwerte oder Integralwerte) aus den einzelnen Messwerten der entsprechenden wellenlängenspezifischen Beleuchtung berechnet. Das Signalverhältnis (der Quotient) der Intensitätswerte ist eine Funktion des Abstandes (Abstandsfunktion) und weitgehend unabhängig von den reflektiven Eigenschaften des Messobjektes [1], [2], [3], [4]. Zusätzliche Summen- oder Differenzbildungen der Intensitätssignale vor der Quotientenbildung werden ggf. angewendet [5], [6], [7]. Die spezifischen Abstandsfunktionen des Sensorsystems werden bei der ersten Inbetriebnahme für jeden spektralen Empfindlichkeitsbereich des Hauptempfangskanals (also für jeden Spektralkanal) ermittelt (siehe z. B. 6) und im Mikrokontroller des optischen Sensorsystems abgespeichert. Dazu wird eine Messung auf einem Weißstandard durchgeführt. Die spezifischen Abstandsfunktionen können als mathematische Gleichungen, die z. B. aus einer Kurvenanpassung erhalten wurden, oder tabelliert (Look-Up-Table – LUT) vorliegen. Aus der abgespeicherten Funktion wird während der Betriebsphase des Sensorsystems ein Korrektursignal zur Kompensation der abstandsvariationsbedingten Messwertänderungen der einzelnen Spektralkanäle des Hauptempfangskanals gewonnen (siehe z. B. 6). Aus den Spektralkanälen des Hauptempfangskanals wird dann der Farb- oder Spektralwert berechnet, der nun abstandsvariationskompensiert zur weiteren Verwendung im Sensorsystem vorliegt. Die abstandsvariationsbedingte Messwertabweichung, bezogen auf den Anfangsmesswert zu Beginn der Abstandsänderung, ist nach der Kompensation gering. Zur besseren Beurteilung der Kompensationsqualität des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei der Bestimmung von Farbwerten die Farbabweichung durch Berechnung des Farbabstandes im L*a*b*-Farbraumsystem bestimmt werden und in DE-Einheiten (Delta E) angegeben werden (siehe z. B. 7).
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Farbsensorsystem, das die Reflexionseigenschaften für drei spektrale Empfindlichkeitsbereiche ermittelt, um daraus nach dem Dreibereichsverfahren Farbwerte zu bestimmen;
2 ein alternatives Farbsensorsystem, das die Reflexionseigenschaften für drei spektrale Empfindlichkeitsbereiche ermittelt, um daraus nach dem Dreibereichsverfahren Farbwerte zu bestimmen;
3 ein weiter alternatives Farbsensorsystem, das die Reflexionseigenschaften für drei spektrale Empfindlichkeitsbereiche ermittelt, um daraus nach dem Dreibereichsverfahren Farbwerte zu bestimmen;
4 ein Beispiel für Abstandsempfindlichkeitsfunktionen;
5 zeigt beispielhaft den funktionalen Zusammenhang zwischen der Änderung des Objektabstandes und dem Signalverhältnis aus den Intensitätswerten vom Nebenempfangskanal vom Hauptempfangskanal bei Verwendung des Lichtleiters aus 1;
6 zeigt beispielhaft den funktionalen Zusammenhang zwischen dem R-Signal (rotempfindlicher Spektralkanal) des Hauptempfangskanals und des Intensitätsquotienten I2/I1 sowie das daraus berechnete Kompensationssignal (Korrektursignal) für das R-Signal für den Sensor von 1;
7 zeigt beispielhaft für ein Sensorsystem zur Farbmessung nach dem Dreibereichsverfahren die Änderung der gemessenen Farbwerte in Delta E-Einheiten bei einer Änderung des Objektabstandes bei Verwendung des Lichtleiters aus 1.
Die Erfindung wird exemplarisch an drei konkretisierten Ausführungsbeispielen und drei Diagrammen erläutert. Die erste Anordnung ist in 1 dargestellt.
Bei der Anordnung in 1 handelt es sich um ein Farbsensorsystem. Das Sensorsystem (10) enthält einen Lichtleiter (4) mit dreiteiliger Faserbündelung zur Lichtführung, eine breitbandige Beleuchtungsquelle (7) sowie zwei Empfangskanäle (19) und (20) mit je drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (Spektralkanälen). Der Lichtleiter (4) besteht aus vielen Einzelfasern, die am Ende des Lichtleiters, d. h. im Lichtleitertastkopf (22), vorzugsweise statistisch gemischt angeordnet sind. Am anderen Ende des Lichtleiters (4) erfolgt eine Teilung in drei Faserbündel. Die drei Faserbündel des Lichtleiters (4) werden gebildet durch ein Bündel für den Beleuchtungslichtleiter (3), ein Bündel für den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein Bündel für den Nebenkanalempfangslichtleiter (6). Die für die beiden Empfangslichtleiter (5) und (6) verwendeten Fasern weisen eine unterschiedliche numerische Apertur auf. Die Fasern des Hauptkanalempfangslichtleiters (5) besitzen eine numerische Apertur von beispielsweise 0,56. Die Fasern des Nebenkanalempfangslichtleiters (6) besitzen eine numerische Apertur von beispielsweise 0,21. Durch die unterschiedliche numerische Apertur der Fasern entsteht ein unterschiedlicher Öffnungswinkel der Fasern des Hauptkanalempfangslichtleiters (5) und des Nebenkanalempfangslichtleiters (6). Und wegen der verschiedenen Öffnungswinkel entsteht mit der Änderung des Objektabstandes (21) eine unterschiedliche charakteristische abstandsvariationsabhängige Empfindlichkeitsfunktion (Intensitätsfunktion) für den Hauptempfangskanal (19) und für den Nebenempfangskanal (20) (siehe auch 4).
Es wird nun ein Messobjekt (1) über den Beleuchtungslichtleiter (3) mit dem Licht der breitbandigen Beleuchtungsquelle (7) bestrahlt. Die Beleuchtungsquelle (7) wird durch den Mikrokontroller (9) und die Beleuchtungstreiberschaltung (8) gesteuert. Über den Lichtweg (2) gelangt ein Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein anderer Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Nebenkanalempfangslichtleiter (6). Der Lichtanteil des Hauptkanalempfangslichtleiters (5) wird auf die Hauptempfangskanaldreibereichsfotodiode (11) geführt. Die drei Fotoströme werden im Hauptempfangskanaltransimpedanzwandler (12) in Spannungen überführt und mit dem Hauptempfangskanalverstärker (13) verstärkt. Mittels Hauptempfangskanal-ADU (14) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Hauptempfangskanals (19) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Lichtanteil des Nebenkanalempfangslichtleiters (6) wird auf die Nebenempfangskanaldreibereichsfotodiode (15) geführt. Die drei Fotoströme werden im Nebenempfangskanaltransimpedanzwandler (16) in Spannungen überführt und mit dem Nebenempfangskanalverstärker (17) verstärkt. Mittels Nebenempfangskanal-ADU (18) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Nebenempfangskanals (20) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Mikrokontroller berechnet den Intensitätswert I1 für den Hauptempfangskanal (19) sowie den Intensitätswert I2 für den Nebenempfangskanal (20) jeweils als Mittelwert aus den drei Einzelwerten RGB der drei spektralen Empfindlichkeitsbereiche. Anschließend berechnet der Mikrokontroller (9) das Signalverhältnis (den Quotienten I2/I1) aus den Intensitätswerten des Nebenempfangskanals (20) und des Hauptempfangskanals (19). Der Quotient I2/I1 ist ein Maß für den Objektabstand (21). Der funktionale Zusammenhang zwischen den drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (also den RGB-Werten) des fotoempfindlichen Detektors des Hauptempfangskanals und dem Quotienten der Intensitäten liegt abgespeichert als Gleichung (z. B. aus Kurvenanpassung) oder als tabellierte Funktion (LUT) im Mikrokontroller (9) vor. Aus dem funktionalen Zusammenhang wird im Mikrokontroller (9) ein Kompensationssignal zur Korrektur der abstandsvariationsbedingten Fehler der Messwerte der drei Reflexionssignale RGB des Hauptempfangskanals (19) berechnet (siehe auch 6). Aus den RGB-Signalen des Hauptempfangskanals (19) wird im Mikrokontroller (9) anschließend ein Farbwert berechnet (z. B. XYZ oder L*a* b* oder andere), der nun zur weiteren Verwendung dem Sensorsystem als abstandskompensierter Farbwert zur Verfügung steht (siehe auch 7).
Bei der Anordnung in 2 handelt es sich ebenfalls um ein Farbsensorsystem. Das Sensorsystem (10) enthält hier einen Lichtleiter (4) zur Lichtführung mit dreiteiliger Faserbündelung auf der Sensorseite und zweiteiliger Faserbündelung auf der Messobjektseite, eine breitbandige Beleuchtungsquelle (7) sowie zwei Empfangskanäle (19) und (20) mit je drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (Spektralkanälen). Der Lichtleiter (4) besteht hier aus vielen Einzelfasern mit gleichen optischen Eigenschaften. Die Einzelfasern des Lichtleiters (4) werden auf der Sensorseite in drei Faserbündel geteilt. Ein Bündel wird für den Beleuchtungslichtleiter (3), ein Bündel für den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein Bündel für den Nebenkanalempfangslichtleiter (6) verwendet. Am anderen Ende des Lichtleiters, d. h. an der Messobjektseite, erfolgt eine Aufteilung der Einzelfasern des Lichtleiters (4) in zwei Faserbündel. Ein Faserbündel ist im Hauptkanallichtleitertastkopf (24) zusammengefasst und enthält 50% der Fasern vom Beleuchtungslichtleiter (3) sowie 100% der Fasern des Hauptkanalempfangslichtleiters (5). Das zweite Faserbündel ist im Nebenkanallichtleitertastkopf (23) zusammengefasst und enthält die übrigen 50% der Fasern vom Beleuchtungslichtleiter (3) sowie 100% der Fasern des Nebenkanalempfangslichtleiters (6). Die Anordnung der Fasern in den beiden Tastköpfen (23) und (24) erfolgt vorzugsweise statistisch gemischt. Die beiden Tastköpfe (23) und (24) weisen einen unterschiedlichen Abstand zum Messobjekt (21) auf. Die Tastkopfabstandsdifferenz (25) ist fest vorgegeben und ändert sich im Betrieb nicht. Wegen der Tastkopfabstandsdifferenz (25) entsteht mit der Änderung des Objektabstandes (21) eine unterschiedliche charakteristische abstandsvariationsabhängige Empfindlichkeitsfunktion (Intensitätsfunktion) für den Hauptempfangskanal (19) und für den Nebenempfangskanal (20).
Es wird nun ein Messobjekt (1) über den Beleuchtungslichtleiter (3) mit dem Licht der breitbandigen Beleuchtungsquelle (7) bestrahlt. Die Beleuchtungsquelle (7) wird durch den Mikrokontroller (9) und die Beleuchtungstreiberschaltung (8) gesteuert. Über den Lichtweg (2) gelangt ein Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein anderer Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Nebenkanalempfangslichtleiter (6). Der Lichtanteil des Hauptkanalempfangslichtleiters (5) wird auf die Hauptempfangskanaldreibereichsfotodiode (11) geführt. Die drei Fotoströme werden im Hauptempfangskanaltransimpedanzwandler (12) in Spannungen überführt und mit dem Hauptempfangskanalverstärker (13) verstärkt. Mittels Hauptempfangskanal-ADU (14) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Hauptempfangskanals (19) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Lichtanteil des Nebenkanalempfangslichtleiters (6) wird auf die Nebenempfangskanaldreibereichsfotodiode (15) geführt. Die drei Fotoströme werden im Nebenempfangskanaltransimpedanzwandler (16) in Spannungen überführt und mit dem Nebenempfangskanalverstärker (17) verstärkt. Mittels Nebenempfangskanal-ADU (18) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Nebenempfangskanals (20) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Mikrokontroller berechnet den Intensitätswert I1 für den Hauptempfangskanal (19) sowie den Intensitätswert I2 für den Nebenempfangskanal (20) jeweils als Mittelwert aus den drei Einzelwerten RGB der drei spektralen Empfindlichkeitsbereiche. Anschließend berechnet der Mikrokontroller (9) das Signalverhältnis (den Quotienten I2/I1) aus den Intensitätswerten des Nebenempfangskanals (20) und des Hauptempfangskanals (19). Der Quotient I2/I1 ist ein Maß für den Objektabstand (21). Der funktionale Zusammenhang zwischen den drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (also den RGB-Werten) des fotoempfindlichen Detektors des Hauptempfangskanals und dem Quotienten der Intensitäten liegt abgespeichert als Gleichung (z. B. aus Kurvenanpassung) oder als tabellierte Funktion (LUT) im Mikrokontroller (9) vor. Aus dem funktionalen Zusammenhang wird im Mikrokontroller (9) ein Kompensationssignal zur Korrektur der abstandsvariationsbedingten Fehler der Messwerte der drei Reflexionssignale RGB des Hauptempfangskanals (19) berechnet. Aus den RGB-Signalen des Hauptempfangskanals (19) wird im Mikrokontroller (9) anschließend ein Farbwert berechnet (z. B. XYZ oder L*a*b* oder andere), der nun zur weiteren Verwendung dem Sensorsystem als abstandskompensierter Farbwert zur Verfügung steht.
Bei der Anordnung in 3 handelt es sich ebenfalls um ein Farbsensorsystem. Das Sensorsystem (10) enthält hier einen Lichtleiter (4) zur Lichtführung mit dreiteiliger Faserbündelung auf der Sensorseite und zweiteiliger Faserbündelung auf der Messobjektseite, eine breitbandige Beleuchtungsquelle (7) sowie zwei Empfangskanäle (19) und (20) mit je drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (Spektralkanälen). Der Lichtleiter (4) besteht hier aus vielen Einzelfasern mit gleichen optischen Eigenschaften. Die Einzelfasern des Lichtleiters (4) werden auf der Sensorseite in drei Faserbündel geteilt. Ein Bündel wird für den Beleuchtungslichtleiter (3), ein Bündel für den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein Bündel für den Nebenkanalempfangslichtleiter (6) verwendet. Am anderen Ende des Lichtleiters, d. h. an der Messobjektseite, erfolgt eine Aufteilung der Einzelfasern des Lichtleiters (4) in zwei Faserbündel. Ein Faserbündel ist im Hauptkanallichtleitertastkopf (24) zusammengefasst und enthält 50% der Fasern vom Beleuchtungslichtleiter (3) sowie 100% der Fasern des Hauptkanalempfangslichtleiters (5). Das zweite Faserbündel ist im Nebenkanallichtleitertastkopf (23) zusammengefasst, der innen hohl ist und den Hauptkanallichtleitertastkopf (24) aufnehmen kann. Das zweite Faserbündel enthält die übrigen 50% der Fasern vom Beleuchtungslichtleiter (3) sowie 100% der Fasern des Nebenkanalempfangslichtleiters (6). Die Anordnung der Fasern in den beiden Tastköpfen (23) und (24) erfolgt vorzugsweise statistisch gemischt. Die beiden Tastköpfe (23) und (24) sind koaxial angeordnet und weisen einen unterschiedlichen Abstand zum Messobjekt (21) auf. Die Tastkopfabstandsdifferenz (25) ist fest vorgegeben und ändert sich im Betrieb nicht. Wegen der Tastkopfabstandsdifferenz (25) entsteht mit der Änderung des Objektabstandes (21) eine unterschiedliche charakteristische abstandsvariationsabhängige Empfindlichkeitsfunktion (Intensitätsfunktion) für den Hauptempfangskanal (19) und für den Nebenempfangskanal (20).
Es wird nun ein Messobjekt (1) über den Beleuchtungslichtleiter (3) mit dem Licht der breitbandigen Beleuchtungsquelle (7) bestrahlt. Die Beleuchtungsquelle (7) wird durch den Mikrokontroller (9) und die Beleuchtungstreiberschaltung (8) gesteuert. Über den Lichtweg (2) gelangt ein Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und ein anderer Teil des vom Messobjekt (1) reflektierten Lichtes in den Nebenkanalempfangslichtleiter (6). Der Lichtanteil des Hauptkanalempfangslichtleiters (5) wird auf die Hauptempfangskanaldreibereichsfotodiode (11) geführt. Die drei Fotoströme werden im Hauptempfangskanaltransimpedanzwandler (12) in Spannungen überführt und mit dem Hauptempfangskanalverstärker (13) verstärkt. Mittels Hauptempfangskanal-ADU (14) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Hauptempfangskanals (19) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Lichtanteil des Nebenkanalempfangslichtleiters (6) wird auf die Nebenempfangskanaldreibereichsfotodiode (15) geführt. Die drei Fotoströme werden im Nebenempfangskanaltransimpedanzwandler (16) in Spannungen überführt und mit dem Nebenempfangskanalverstärker (17) verstärkt. Mittels Nebenempfangskanal-ADU (18) werden die drei Signale digitalisiert und stehen als Signale des Nebenempfangskanals (20) dem Mikrokontroller (9) zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. Der Mikrokontroller berechnet den Intensitätswert I1 für den Hauptempfangskanal (19) sowie den Intensitätswert I2 für den Nebenempfangskanal (20) jeweils als Mittelwert aus den drei Einzelwerten RGB der drei spektralen Empfindlichkeitsbereiche. Anschließend berechnet der Mikrokontroller (9) das Signalverhältnis (den Quotienten I2/I1) aus den Intensitätswerten des Nebenempfangskanals (20) und des Hauptempfangskanals (19). Der Quotient I2/I1 ist ein Maß für den Objektabstand (21). Der funktionale Zusammenhang zwischen den drei spektralen Empfindlichkeitsbereichen (also den RGB-Werten) des fotoempfindlichen Detektors des Hauptempfangskanals und dem Quotienten der Intensitäten liegt abgespeichert als Gleichung (z. B. aus Kurvenanpassung) oder als tabellierte Funktion (LUT) im Mikrokontroller (9) vor. Aus dem funktionalen Zusammenhang wird im Mikrokontroller (9) ein Kompensationssignal zur Korrektur der abstandsvariationsbedingten Fehler der Messwerte der drei Reflexionssignale RGB des Hauptempfangskanals (19) berechnet. Aus den RGB-Signalen des Hauptempfangskanals (19) wird im Mikrokontroller (9) anschließend ein Farbwert berechnet (z. B. XYZ oder L*a*b* oder andere), der nun zur weiteren Verwendung dem Sensorsystem als abstandskompensierter Farbwert zur Verfügung steht.
4 zeigt beispielhaft die normierten Abstandsempfindlichkeitsfunktionen für den Intensitätswert I1 des Hauptempfangskanals (19) und I2 des Nebenempfangskanals (20) bei Verwendung des Lichtleiters (4) aus 1. Der Objektabstand (21) zum Messobjekt (1) variiert hier im Bereich von 1 bis 7 mm.
5 zeigt beispielhaft den funktionalen Zusammenhang zwischen der Änderung des Objektabstandes (21) im Bereich von 1...7 mm und dem Signalverhältnis (dem Quotienten I2/I1) aus den Intensitätswerten I2 vom Nebenempfangskanal (20) und I1 vom Hauptempfangskanal (19) bei Verwendung des Lichtleiters (4) aus 1.
6 zeigt beispielhaft den funktionalen Zusammenhang zwischen dem R-Signal (rotempfindlicher Spektralkanal) des Hauptempfangskanals und des Intensitätsquotienten I2/I1 sowie das daraus berechnete Kompensationssignal (Korrektursignal) für das R-Signal für den Sensor von 1.
7 zeigt beispielhaft für ein Sensorsystem zur Farbmessung nach dem Dreibereichsverfahren die Änderung der gemessenen Farbwerte in Delta E-Einheiten (DE) (Berechnung von DE im L*a*b* Farbraumsystem) bei einer Änderung des Objektabstandes (21) im Bereich von 1...7 mm bei Verwendung des Lichtleiters (4) aus 1. Die Änderung der Farbwerte (Farbabweichung in DE) wurde in Bezug auf den Anfangsfarbwert zu Beginn der Änderung des Objektabstands (21) (also bei 1 mm Abstand) berechnet und beginnt daher bei DE = 0. In dem Diagramm sind zur Veranschaulichung der Kompensationswirkung die unkompensierten Farbabweichungen (Rohwerte) den kompensierten Farbabweichungen (kompensierte Werte) von zwei unterschiedlich reflektierenden Messobjekten (1) (Weiß und Hautfarbe) gegenübergestellt.
[Literatur]

1. Curtis Kissinger: „Fiber Optic Lever Displacement Sensors and Automated Reflectance Compensation Improvements”. Proceedings of Seventh International Fiber Optic Communications and Local Area Network Exposition (FOC/LAN), Atlantic City, Oct. 10–14, 1983
2. Xisheng Li, Kentaro Nakamura and Sadayuki Ueha: „Reflectivity and illuminating power compensation for optical fibre vibromet”, Meas. Sci. Technol. 15, 1773–1778 (2004)
3. Curtis Kissinger: „Reflectivity compensated fiber optic sensor”, US Patent 4701611 A (1987)
4. Ralph Hafle: „Fiber optic probe sensor for measuring target displacement”, US Patent 5017772 A (1991)
5. Fukuo Suganuma, Atsushi Shimamoto, and Kohichi Tanaka, „Development of a Differential Optical-Fiber Displacement Sensor” Appl. Opt. 38, 1103–1109 (1999)
6. Curtis Kissinger, Richard Dorman: „Reflectivity compensating system for fiber optic sensor employing dual probes at a fixed gap differential”, US Patent 4488813 A (1984)
7. Leo Hoogenboom: „Fiber optic proximity sensors for narrow targets with reflectivity compensation” US Patent 4701610 A , 1987

Bezugszeichenliste

1: Messobjekt
2: Lichtweg
3: Beleuchtungslichtleiter
4: Lichtleiter
5: Hauptkanalempfangslichtleiter
6: Nebenkanalempfangslichtleiter
7: Beleuchtungslichtquelle
8: Beleuchtungstreiberschaltung
9: Mikrokontroller
10: Sensorsystem, Sensorsystemgehäuse
11: Hauptempfangskanaldreibereichsfotodiode
12: Hauptempfangskanaltransimpedanzwandler
13: Hauptempfangskanalverstärker
14: Hauptempfangskanal-ADU
15: Nebenempfangskanaldreibereichsfotodiode
16: Nebenmpfangskanaltransimpedanzwandler
17: Nebenempfangskanalverstärker
18: Nebenempfangskanal-ADU
19: Hauptempfangskanal
20: Nebenempfangskanal
21: Objektabstand
22: Lichtleitertastkopf
23: Nebenkanallichtleitertastkopf
24: Hauptkanallichtleitertastkopf
25: Tastkopfabstandsdifferenz

Claims

Verfahren zur abstandsvariationskompensierten berührungslosen punktuellen Reflexionsmessung von Intensitäten von nicht selbst leuchtenden Objekten zur Bestimmung von Farb- oder Spektraleigenschaften, welches ein Sensorsystem (10) mit Vorrichtungen zur Reflexionsmessung verwendet, dadurch gekennzeichnet, a. dass eine Beleuchtungslichtquelle (7), bestehend aus einer einzelnen breitbandigen Lichtquelle zur Beleuchtung eines Messobjektes (1) verwendet wird, b. dass zwei fotoempfindliche Empfänger (11, 15) mit identischen spektralen Eigenschaften verwendet werden, die jeweils drei- oder mehr spektrale Empfindlichkeitsbereiche aufweisen, c. dass der fotoempfindliche Empfänger (11) einem Hauptempfangskanal (19) und der fotoempfindliche Empfänger (15) einem Nebenempfangskanal (20) zugeordnet sind, d. dass Hauptempfangskanal (19) und Nebenempfangskanal (20) eine unterschiedliche charakteristische abstandsvariationsbedingte Empfindlichkeitsfunktion aufweisen, e. dass die unterschiedlichen charakteristischen abstandsvariationsbedingten Empfindlichkeitsfunktionen des Hauptempfangskanals (19) und des Nebenempfangskanals (20) ursächlich durch eine gewählte geometrische Anordnung und/oder gewählte optische Eigenschaften der verwendeten optischen Komponenten zur Lichtführung hervorgerufen werden, f. dass die Ermittlung der Intensitäten für den Hauptempfangskanal (19) sowie für den Nebenempfangskanal (20) durch Berechnung des Mittelwerts, der Summe oder des Integrals von Einzelwerten der spektralen Empfindlichkeitsbereiche erfolgt, g. dass ein reflexionsunabhängiger funktionaler Zusammenhang zwischen einem Objektabstand (21) und einem Quotienten aus einer verwendeten Intensität des Nebenempfangskanals (20) und einer verwendeten Intensität des Hauptempfangskanals (19) I2/I1 oder dem entsprechenden Kehrwert I1/I2 entsteht und dieser Quotient als Maß für den Objektabstand (21) verwendet wird, und h. dass für jeden spektralen Empfindlichkeitsbereich des fotoempfindlichen Empfängers (11) des Hauptempfangskanals (19) eine Abstandsfunktion als funktionaler Zusammenhang zwischen dem Objektabstand (21) und den sich damit ändernden Intensitäten der spektralen Empfindlichkeitsbereiche des fotoempfindlichen Empfängers des Hauptempfangskanals (19) in einem Mikrokontroller (9) des Sensorsystems (10) in Form einer mathematischen Gleichung oder tabelliert vorliegt und zur Berechnung von Kompensationssignalen für abstandsvariationsbedingte Fehler der zur Farb- oder Spektralwertberechnung verwendeten Intensitäten des Hauptempfangskanals (19) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungslichtquelle (7), bestehend aus mehreren schmalbandigen Einzellichtquellen, zur sequentiellen Beleuchtung eines Messobjektes (1) mit schmalbandigem Licht verwendet wird, und dass die zwei fotoempfindlichen Empfänger (11, 15) jeweils einen breitbandigen spektralen Empfindlichkeitsbereich aufweisen.
Anordnung zur abstandsvariationskompensierten berührungslosen Reflexionsmessung von Intensitäten zum Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welches ein Sensorsystem (10) mit Vorrichtungen zur Reflexionsmessung verwendet, dadurch gekennzeichnet, a. dass zur Lichtführung ein Lichtleiter (4) bestehend aus verschiedenen Faserbündeln für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung, Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang verwendet wird, b. dass die in den Faserbündeln verwendeten Einzelfasern für die Systemfunktionen Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang eine unterschiedliche numerische Apertur aufweisen, c. dass die Einzelfasern des Lichtleiters (4) an der einem Messobjekt zugewandten Seite in einen Lichtleitertastkopf (22) münden und statistisch gemischt angeordnet sind, und d. dass die unterschiedlichen charakteristischen abstandsvariationsbedingten Empfindlichkeitsfunktionen von Hauptempfangskanal (19) und Nebenempfangskanal (20) mittels unterschiedlicher optischer Eigenschaften von Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und Nebenkanalempfangslichtleiter (6) hervorgerufen werden, wobei die unterschiedlichen optischen Eigenschaften von Hauptkanalempfangslichtleiter (5) und Nebenkanalempfangslichtleiter (6) auf einer unterschiedlichen numerischen Apertur der verwendeten Einzelfasern beruhen.
Anordnung zur abstandsvariationskompensierten berührungslosen Reflexionsmessung von Intensitäten zum Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welches ein Sensorsystem (10) mit Vorrichtungen zur Reflexionsmessung verwendet, dadurch gekennzeichnet, a. dass zur Lichtführung Lichtleiter für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung, Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang verwendet werden, die jeweils aus gleichartigen Einzelfasern bestehen und insgesamt gebündelt oder systemfunktionsbezogen gebündelt angeordnet sind, b. dass zur Messobjektseite hin zwei getrennte Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Hauptkanalempfang und für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Nebenkanalempfang ausgebildet sind, c. dass das Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Hauptkanalempfang in einen Hauptkanallichtleitertastkopf (24) und das Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Nebenkanalempfang in einen Nebenkanallichtleitertastkopf (23) jeweils mit statistischer Mischung der Einzelfasern mündet, und d. dass die unterschiedlichen charakteristischen abstandsvariationsbedingten Empfindlichkeitsfunktionen zwischen Hauptempfangskanal (19) und Nebenempfangskanal (20) mittels eines unterschiedlichen Abstandes der beiden jeweiligen nebeneinander angeordneten Lichtleitertastköpfe (23, 24) zu einem Messobjekt (1) mit einer festen Tastkopfabstandsdifferenz (25) hervorgerufen werden.
Anordnung zur abstandsvariationskompensierten berührungslosen Reflexionsmessung von Intensitäten zum Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welches ein Sensorsystem (10) mit Vorrichtungen zur Reflexionsmessung verwendet, dadurch gekennzeichnet, a. dass zur Lichtführung Lichtleiter für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung, Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang verwendet werden, die jeweils aus gleichartigen Einzelfasern bestehen und insgesamt gebündelt oder systemfunktionsbezogen gebündelt angeordnet sind, b. dass zur Messobjektseite hin zwei Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Hauptkanalempfang und für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Nebenkanalempfang ausgebildet sind, c. dass das Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Hauptkanalempfang in einen Hauptkanallichtleitertastkopf (24) und das Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung und Nebenkanalempfang in einen Nebenkanallichtleitertastkopf (23) jeweils mit statistischer Mischung der Einzelfasern mündet, und d. dass die unterschiedlichen charakteristischen abstandsvariationsbedingten Empfindlichkeitsfunktionen zwischen Hauptempfangskanal (19) und Nebenempfangskanal (20) mittels eines unterschiedlichen Abstandes der beiden koaxial angeordneten Lichtleitertastköpfe (23, 24) zu einem Messobjekt (1) mit einer festen Tastkopfabstandsdifferenz (25) hervorgerufen werden.
Anordnung zur abstandsvariationskompensierten berührungslosen Reflexionsmessung von Intensitäten zum Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welches ein Sensorsystem (10) mit Vorrichtungen zur Reflexionsmessung verwendet, dadurch gekennzeichnet, a. dass zur Lichtführung ein Lichtleiter (4) verwendet wird, der aus gleichartigen Einzelfasern besteht, b. dass auf der Sensorseite des Lichtleiters (4) eine Teilung in drei Faserbündel für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung, Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang erfolgt, c. dass die Einzelfasern des Lichtleiters (4) in einem Lichtleitertastkopf (22) für die Systemfunktionen Objektbeleuchtung, Hauptkanalempfang und Nebenkanalempfang eine systematische geometrische Anordnung aufweisen, und d. dass die unterschiedlichen charakteristischen abstandsvariationsbedingten Empfindlichkeitsfunktionen zwischen Hauptempfangskanal (19) und Nebenempfangskanal (20) durch die systematische geometrische Anordnung der Fasern eines Beleuchtungslichtleiters (3), eines Hauptkanalempfangslichtleiters (5) und eines Nebenkanalempfangslichtleiters (6) im Lichtleitertastkopf (22) hervorgerufen werden.