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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Lichtleiters zur Raumbeleuchtung. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Prüfvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere vorgesehen zum Prüfen eines Lichtleiters zur ambienten Beleuchtung eines Innenraums eines Fahrzeugs.
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Die
DE 199 24 133 A1 offenbart eine Leuchte zum Erzeugen eines Linienlichtes mit bestimmbarer Intensitätsverteilung entlang einer Lichtlinie, wobei die Leuchte ein längliches Lichtaustrittsrohr, dessen Innenwandung zumindest teilweise reflektierend ausgebildet und dessen Mantelfläche mit wenigstens einer linienförmigen axial verlaufenden Lichtaustrittsöffnung versehen ist, wenigstens eine Lichtquelle an wenigstens einem stirnseitigen Ende des Lichtaustrittsrohrs und wenigstens einen Reflektor aufweist, der die Lichtquelle teilweise umgibt. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Krümmung und/oder die Lage der Reflexionsfläche des Reflektors relativ zu der Lichtquelle veränderbar ist, um das reflektierte Licht in bestimmte axiale Bereiche des Lichtaustrittsrohrs zu leiten.
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Die
DE 10 2004 044 341 A1 offenbart eine optische Sensoranordnung für einen Bedruckstoff, mit einem Beleuchtungssystem, bei dem Licht entlang einer Linie auf den Bedruckstoff gerichtet ist, und mit mindestens einem Lichtempfänger für vom Bedruckstoff zurückgeworfenes Licht, das Beleuchtungssystem einen parallel zur Linie ausgerichteten länglichen Strahlkörper aufweist, und an einer Stirnseite des Strahlkörpers eine Lichtquelle vorgesehen ist.
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DE 199 36 358 A1 offenbart eine Fahrzeuginnenraumbeleuchtung mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Fahrzeuginnenraums, einer Zentralsteuerung zum Einstellen der Helligkeit der ersten Beleuchtungsvorrichtung in Abhängigkeit von Innenraumbeleuchtungsparametern des Fahrzeugs und mehreren Sensoren zum Erfassen der Innenraumbeleuchtungsparameter des Fahrzeugs, deren jeweiliges Ausgangssignal von der Zentralsteuerung eingelesen wird, sowie ein Steuerungsverfahren dafür. Damit der Fahrgast eines Fahrzeugs bei jedem Fahrzustand des Fahrzeugs die optimalen Lichtverhältnisse vorfindet und sich damit im Fahrzeug wohl fühlt, wird vorgeschlagen, dass die Farbe des von einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung ausgestrahlten Lichtes in Abhängigkeit von den lnnenraumbeleuchtungsparametern des Fahrzeugs veränderbar ist.
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Zur Umsetzung der Fahrzeuginnenraumbeleuchtung ist beispielsweise die ambiente Innenraumbeleuchtung bekannt. Typischerweise werden dabei in dem Fahrzeuginnenraum (z.B. in einer Türverkleidung, einer Mittelkonsole, einem Cockpit usw.) längliche, insbesondere stabförmige, Lichtleiter aus z.B. PMMA verbaut. Diese Lichtleiter werden verdeckt verbaut und stirnseitig mit LEDs beleuchtet. Die Lichtleiter verteilen das Licht durch seitliche Abstrahlung und strahlen gezielt Oberflächen an, was eine Akzentuierung von Bauteilen, bzw. eine „wohnliche“ Atmosphäre im Fahrzeuginnenraum, ermöglicht. Dabei werden an eine Gleichmäßigkeit oder Homogenität des dabei erzeugten Lichtbildes hohe Anforderungen gestellt. Fertigungsschwankungen und/oder Defekte an den Lichtstäben können zu inakzeptablen Ungleichmäßigkeiten im Lichtbild des verbauten Lichtleiters führen. Bisherige Prüfmethoden für PMMA-Lichtleiterstäbe beruhen auf einer Einstrahlung von Licht an einer Stirnseite des Lichtleiterstabs, einer Messung des an der gegenüberliegenden Stirnseite austretenden Lichtstroms, einer Berechnung eines Verhältnisses zwischen austretendem und eintretendem Lichtstrom, einem Vergleich des Verhältnisses mit einem Referenzwert und ein Bewerten des Lichtleiters auf seine Eignung anhand des Vergleichs. Dieses Verfahren ist jedoch sehr ungenau und nicht zum Überprüfen auf lokale Fehler geeignet, sondern nur z.B. zum Bestimmen einer Vergilbung.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur schnellen Prüfung von Lichtleitern mit hoher Effizienz bei der Fehlerentdeckung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen eines Lichtleiters zur Raumbeleuchtung, das mindestens folgende Schritte aufweist: (a) Einstrahlen von Licht in den Lichtleiter, (b) Vergleichen von aus dem Lichtleiter seitlich abgestrahltem Licht mit mindestens einer Referenz und (c) Bewerten des Lichtleiters aufgrund mindestens eines Vergleichs.
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Anstatt also die Transmission durch den Lichtleiter als den Prüfling zu prüfen, wird bei diesem Verfahren das von dem Lichtleiter seitlich als Nutzlicht abgestrahlte Licht untersucht. Dadurch lassen sich auch lokale Fehler in dem Lichtleiter einfach berücksichtigen. Folglich kann durch eine Messung des abgestrahlten Nutzlichts eine besonders sichere Bewertung oder Beurteilung des Lichtleiters auf seine Eignung zur Innenraumbeleuchtung hin durchgeführt werden. Zudem können grundsätzlich bekannte Lichtmessmethoden verwendet werden, die preiswert sind und vergleichsweise schnell ausmessen. Darüber hinaus ist das Verfahren in großen Teilen automatisiert durchführbar, z.B. unter Verwendung entsprechender Automaten oder Roboter.
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Unter einem seitlich abgestrahlten Licht mag insbesondere Licht verstanden werden, das seitlich aus einem Hauptlichtpfad des Lichts ausgekoppelt wird. Unter einem Hauptlichtpfad mag insbesondere ein Lichtpfad innerhalb des Lichtleiters verstanden werden, welcher eine höchste Intensität oder einen höchsten Lichtstrom aufweist. Das seitlich abgestrahlte Licht mag auch als Streulicht bezeichnet werden.
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Dass der Lichtleiter zur Raumbeleuchtung ausgebildet ist, mag insbesondere bedeuten, dass er in Schritt (a) eingestrahltes Licht nicht nur lokal mit hoher Intensität an einem punktförmigen Lichtaustrittsbereich wieder abstrahlt, sondern zumindest in einer Dimension ausgedehnt (z.B. in einer Dimension linienförmig oder in zwei Dimensionen flächenartig ausgedehnt), vorzugsweise mit gleichmäßiger Helligkeits- und/oder Farbverteilung.
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Der Lichtleiter kann zur ambienten Raumbeleuchtung ausgebildet sein. Der Lichtleiter ist insbesondere zum Beleuchten eines Fahrzeuginnenraums vorgesehen, z.B. eines Kraftwagens oder eines Flugzeugs. Er mag aus transparentem Material hergestellt sein, beispielsweise Kunststoff, z.B. aus PMMA oder aus PC (Polycarbonat). Der Lichtleiter mag eine Oberflächenstrukturierung zur gezielten Auskopplung von Licht aufweisen, z.B. eine Riffelung.
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Das Vergleichen in Schritt (b) umfasst insbesondere ein Messen oder Detektieren des aus dem Lichtleiter abgestrahlten Lichts, z.B. mittels eines oder mehrerer Lichtsensoren oder optischer Sensoren. Die Art des Lichtsensors ist nicht beschränkt und mag z.B. mindestens eine Fotodiode, mindestens ein Luxmeter und/oder mindestens ein Spektrometer umfassen. Mehrere Lichtsensoren mögen als ein Feld von Lichtsensoren („Sensorarray“) angeordnet sein. Mehrere Lichtsensoren mögen auf einem Halbleiterchip integriert sein, der z. B. als ein CCD- oder als ein CMOS-Sensorarray vorliegen kann, aber nicht darauf beschränkt ist. Die Lichtsensoren mögen Teil einer Digitalkamera sein. Die Lichtsensoren können beispielsweise eine Helligkeit und/oder eine Farbe des auf sie einfallenden Lichts detektieren.
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Das Vergleichen mit der mindestens einen Referenz in Schritt (b) mag ein Vergleichen mindestens einer Messung mit einer jeweiligen Referenz umfassen. Beispielsweise mag von unterschiedlichen Bereichen des Lichtleiters abgestrahltes Licht mit einer jeweils einem bestimmten Bereich zugehörigen Referenz verglichen werden.
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Alternativ oder zusätzlich mögen mehrere räumlich unterschiedliche Messungen mit der gleichen Referenz verglichen werden
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Alternativ oder zusätzlich mögen mehrere räumlich unterschiedliche Messungen integriert werden und mit einer Referenz verglichen werden.
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Eine Referenz mag einen Schwellwert darstellen, mit dem ein Messwert verglichen wird. Folgend kann durch ein Erreichen, Unterschreiten oder Überschreiten der Referenz bzw. des Referenz-Schwellwerts eine Eignung des Lichtleiters zum Zweck der Raumbeleuchtung festgestellt werden. Weist beispielsweise an einem Punkt des Lichtleiters oder über einen Bereich des Lichtleiters integriert abgeführtes Licht einen Helligkeitswert auf, der unterhalb oder oberhalb eines Referenz-Helligkeitswerts liegt, so mag dies auf eine unerwünschte dunkle Stelle an dem Lichtleiter hindeuten, die den Lichtleiter ungeeignet macht.
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Die Referenz bzw. der Referenz-Schwellwert mag variabel einstellbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit von einer maximalen oder durchschnittlichen Helligkeit und/oder in Abhängigkeit von einer eingespeisten Lichtmenge. Zudem könnte die Referenz bzw. der Referenz-Schwellwert an unterschiedliche Augenadaptionen (unterschiedliche Augenempfindlichkeit bei unterschiedlicher Grundhelligkeit) angepasst werden.
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Grundsätzlich mag der Lichtleiter anhand eines Vergleichs mit mehreren Referenzen, z.B. mehreren Referenz-Schwellwerten, bewertet werden. Er mag dann z.B. als ein Gut-Teil angesehen werden, falls er einen, mehrere oder alle Bewertungen für die verschiedenen Referenzen oder Referenzwerte erfüllt.
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Alternativ oder zusätzlich mag die Referenz ein ortsaufgelöstes, z.B. ein- oder zweidimensionales, Bildmuster darstellen. Ein Vergleich mag dann beispielsweise durch geeignete Bildverarbeitungsmethoden vorgenommen werden.
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Allgemein mag zusätzlich oder alternativ zu einer Helligkeit eine andere Lichteigenschaft verglichen und bewertet werden, z.B. eine Farbstabilität bzw. eine Abweichung eines Farborts des gemessenen Lichts von einem Soll-Farbort, z.B. in einem CIE-Diagramm.
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Das Bewerten des Lichtleiters als für eine vorbestimmte Verwendung geeignet oder nicht geeignet mag automatisch geschehen. Ungeeignete Lichtleiter mögen automatisch aussortiert werden, geeignete Lichtleiter („Gut-Teile“) weiterverwendet werden.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der Lichtleiter ein länglicher Lichtleiter ist. Solche Lichtleiter werden besonders häufig zur Ambiente-Beleuchtung in Fahrzeugen eingesetzt. Ein länglicher Lichtleiter zeichnet sich dadurch aus, dass er in Richtung seiner Längserstreckung eine signifikant größere Ausdehnung aufweist als quer dazu, insbesondere eine um mindestens eine oder zwei Größenordnung (Faktor 10 bzw. 100) größere Ausdehnung. Der Lichtleiter mag gekrümmt oder geradlinig sein. Er mag über seine Längserstreckung einen konstanten Querschnitt oder einen sich ändernden Querschnitt aufweisen. Der Lichtleiter mag insbesondere ein zylinder- oder stabförmiger Lichtleiter sein. Zur Raumbeleuchtung wird das in ihn eingekoppelte Licht zumindest größtenteils (d.h. mit einem Anteil von mehr als 50%), insbesondere im Wesentlichen vollständig (d.h. mit einem Anteil von mehr als 70%, insbesondere von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90%, insbesondere von mehr als 95%) seitlich abgestrahlt. Bei einem zylinder- oder stabförmigen Lichtleiter entspricht dies insbesondere einer Lichtabgabe oder Lichtausstrahlung durch eine Mantelfläche des Lichtleiters.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Vergleichen ein Vergleichen mit aus dem Lichtleiter abgestrahltem Licht umfasst, das an verschiedenen Bereichen entlang einer Längserstreckung des Lichtleiters seitlich abgestrahlt wird. Dies ermöglicht mit einfachen Mitteln eine genaue Prüfung des Lichtleiters, beispielsweise durch eine zeitliche Abfolge mehrerer räumlich unterschiedlicher Lichtmessungen.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das Vergleichen ein Vergleichen mit aus dem Lichtleiter abgestrahltem Licht umfasst, das an verschiedenen Bereichen um den Lichtleiter herum (in Umfangsrichtung variiert) seitlich abgestrahlt wird. So kann insbesondere ein breitwinklig abstrahlender Lichtleiter mit einfachen Mitteln genau geprüft werden.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das aus dem Lichtleiter abgestrahlte Licht auf eine Anstrahlfläche oder Bildfläche gestrahlt wird und das dort erzeugte Bildmuster mit der mindestens einen Referenz verglichen wird. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Messaufbau. Bei dieser Ausgestaltung wird also das von dem Lichtleiter auf die Bildfläche gestrahlte Licht ausgemessen, verglichen und bewertet. Der mindestens eine Lichtsensor ist dazu auf die Bildfläche gerichtet. Die Anstrahl- oder Bildfläche ist insbesondere in Bezug auf ihre Größe, Oberflächenbeschaffenheit (z.B. rau oder glatt), Material und/oder Farbe vordefiniert.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass das aus dem Lichtleiter abgestrahlte Licht bzw. Lichtmuster direkt oder unmittelbar (also ohne vorherige Abbildung) mit der mindestens einen Referenz verglichen wird. Der mindestens eine Lichtsensor ist dazu auf den Lichtleiter gerichtet. Das Bildmuster entspricht dann dem auf dem Lichtsensor abgebildeten Lichtmuster.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Vergleichen ein Integrieren mehrerer Messwerte zumindest eines Teils des (ein- oder zweidimensionalen) Licht- bzw. Bildmusters umfasst. So werden ein besonders einfacher Vergleich und eine besonders einfache Bewertung bereitgestellt, z.B. mittels eines Schwellwertvergleichs. Beispielsweise mag das Integrieren ein Bestimmen einer Gesamthelligkeit umfassen. Unter einer Gesamthelligkeit mag ein bestimmter Helligkeitswert verstanden werden, welcher aus einer Gesamtbetrachtung sämtlicher Bildpunkte eines Teilbildmusters oder einer vorbestimmten Gruppe davon ermittelt worden ist. Ein solcher Helligkeitswert mag z.B. eine Summe, ein Mittelwert oder eine andere Verknüpfung der Helligkeitswerte der Bildpunkte verstanden werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Vergleichen ein ortaufgelöstes Analysieren zumindest eines Teils des Bildmusters umfasst. So wird eine besonders genaue, ortsaufgelöste Bewertung ermöglicht. Dabei mag z.B. eine Helligkeit und/oder eine Farbverteilung analysiert werden.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Vergleichen ein Vergleichen mehrerer in Längserstreckung des Lichtleiters beabstandeter ortsaufgelöster Teilbildmuster umfasst. So wird eine genaue ortsaufgelöste Bewertung bei einem gleichzeitig noch geringen Aufwand für einen Aufbau ermöglicht. Die Teilbildmuster mögen voneinander beabstandet sein oder mögen sich überlappen.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das Vergleichen ein Vergleichen einer Gesamthelligkeit der jeweiligen Teilbildmuster umfasst. Dabei kann eine Gesamthelligkeit für jedes der Teilbilder ermittelt und mit einem Referenzwert verglichen werden.
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Zusätzlich oder alternativ mag das Vergleichen einen Bildvergleich der jeweiligen Teilbildmuster umfassen, und zwar mit einem jeweiligen Referenz-Teilbildmuster oder mit einem gleichen Referenz-Teilbildmuster. Auch hier mag zusätzlich oder alternativ zu der Helligkeit z.B. eine Farbverteilung verglichen und bewertet werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das Vergleichen ein Vergleichen mit einer Verknüpfung mehrerer Teilbildmuster umfasst.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Referenz auf mindestens einer Messung mindestens eines als nutzbar bewerten Lichtleiters beruht. Der Referenzwert und/oder das Referenz-Bildmuster sind also anhand mindestens eines zuvor für geeignet oder nutzbar eingestuften Lichtleiters (Gut-Teils) empirisch bestimmt worden. In einer Weiterbildung ist die Referenz aus einer Verknüpfung, z.B. anhand einer Mittelwertbildung, der Messungen mehrerer Gut-Teile bestimmt worden. Ein Vergleich mag dann z.B. eine Ermittlung einer Abweichung eines zu prüfenden Lichtleiters von dieser Referenz umfassen. Alternativ oder zusätzlich mag die Referenz aus Berechnungen oder anhand von Normen bestimmt worden sein.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Bildfläche eine ebene und/oder diffus strahlende Oberfläche aufweist. Diese ist besonders einfach auswertbar. Die Oberfläche mag beispielsweise eine weiße Oberfläche sein. Sie mag z.B. Partikel aus Aluminiumoxid, Titanoxid oder Bariumsulfat aufweisen.
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Alternativ mag die Oberfläche andere Eigenschaften aufweisen, z.B. bunte, lichtabsorbierende, aufgeraute und/oder komplex geformte Bereiche aufweisen. So lassen sich reale Einsatzumgebungen nachbilden, was eine besonders realistische Prüfung ermöglicht.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die zum Einstrahlen in den Lichtleiter erzeugte Lichtmenge geregelt wird, was eine Vergleichbarkeit verschiedener Messungen über die Zeit erleichtert. Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, eine in den Lichtleiter eingestrahlte Lichtmenge zu detektieren und z.B. zur Normierung der Messungen zu verwenden.
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Das Verfahren mag vollautomatisch durchgeführt werden und in ein Herstellungsverfahren integriert sein. Es kann aber auch im Rahmen einer eigenständigen Prüfung durchgeführt werden. Es ist eine Weiterbildung, dass Messergebnisse, Ergebnisse eines Vergleichs und/oder Ergebnisse einer Bewertung zur Prozessoptimierung verwendet werden beispielsweise zur Anpassung von Prozessparametern bei einer Herstellung von Lichtleitern wie einem Gegendruck und/oder Kühlzeiten in einer Spritzgussanlage
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Prüfvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Prüfvorrichtung kann analog zu dem Verfahren ausgebildet sein und ergibt die gleichen Vorteile. Insbesondere mag die Prüfvorrichtung mindestens aufweisen: eine Halterung zum Halten des Lichtleiters, mindestens eine Lichterzeugungseinrichtung zum Erzeugen von in den Lichtleiter einzukoppelndes Licht, eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Lichterzeugungseinrichtung zu der Halterung, eine Lichtmesseinrichtung zum Messen von aus dem Lichtleiter abgestrahltem Licht und eine Auswerteeinrichtung zum Vergleichen und Bewerten des aus dem Lichtleiter abgestrahlten Lichts anhand mindestens einer Referenz.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Halterung eine robotische Halterung ist, z.B. ein Greifarm eines Roboters. Dies ermöglicht eine positionsgenaue und automatisierte Halterung des Lichtleiters.
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Die Lichterzeugungseinrichtung mag mindestens eine Lichtquelle aufweisen. Bei Vorliegen mehrerer Lichtquellen mag diesen eine Optik zur Strahlzusammenführung nachgeschaltet sein. Die mindestens eine Lichtquelle mag eine Halbleiterlichtquelle wie eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode sein, was den Vorteil einer genau vorbestimmten Lichtfarbe und einer definiert gerichteten Lichtabstrahlung bei hoher Strahlintensität, einem kompakten Aufbau, geringen Kosten und einer hohen Langlebigkeit ergibt.
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Die mindestens eine Lichterzeugungseinrichtung mag Licht in einen Oberflächenbereich oder in mehrere Oberflächenbereiche des Lichtleiters einspeisen. Bei kurzen Lichtleitern mag Licht z.B. nur in eine Stirnfläche eingespeist werden, bei langen Lichtleitern z.B. an beiden Stirnflächen gleichzeitig.
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Der mindestens einen Lichtquelle mag mindestens ein optisches Element zur Vereinheitlichung des in den Lichtleiter einzustrahlenden Lichts nachgeschaltet sein, beispielsweise eine Diffusorplatte (z.B. eine Milchglasplatte), ein Kollimator und/oder ein Lichtmischstab (z.B. ein lichtleitender Vollkörper oder ein Hohlleiter).
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Die Lichterzeugungseinrichtung mag mit einer Regeleinrichtung zum Regeln des von der mindestens einen Lichtquelle erzeugten Lichtstroms oder Helligkeit gekoppelt sein, insbesondere zum Einregeln auf einen gewünschten Sollwert eines Lichtstroms oder eines elektrischen Betriebsstroms der mindestens einen Lichtquelle. Die Regeleinrichtung mag insbesondere einen Teil der Lichterzeugungseinrichtung darstellen. Die Regeleinrichtung mag mindestens einen Lichtsensor (im Folgenden als „Lichtdetektor“ bezeichnet) aufweisen, z.B. eine Fotodiode, welche einen Teil des von der mindestens einen Lichtquelle abgestrahlten Lichts vor Eintritt in den Lichtleiter detektiert. Der Lichtdetektor ist insbesondere mit einer Elektronik (im Folgenden als „Regelelektronik“ bezeichnet) verbunden, welche auf Grundlage des von dem Lichtdetektor detektierten Lichts, z.B. eines Lichtstroms, der mindestens einen Lichtquelle nachstellt, z.B. deren Betriebsstrom. So wird ein Regelkreis mit optischer Rückkopplung bereitgestellt, um den von der mindestens einen Lichtquelle emittierten Lichtstrom im Wesentlichen konstant zu halten.
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Der Lichtdetektor mag in einem Gehäuse untergebracht sein, in welchem auch ein Lichtpfad zwischen der mindestens einen Lichtquelle und dem Lichtleiter verläuft. Der Lichtdetektor mag dann insbesondere Streulicht detektieren, welches nicht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Das Gehäuse mag dazu innenseitig insbesondere reflektierend ausgebildet sein, z.B. spekular oder diffus reflektierend.
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In dem Lichtpfad zwischen der mindestens einen Lichtquelle und dem Lichtleiter mag alternativ oder zusätzlich ein Strahlteiler vorhanden sein, welcher einen (vergleichsweise schwachen) Lichtstrahl zu dem Lichtdetektor abzweigt. Dies ermöglicht eine besonders gut definierbare und fehlerunanfällige Messung an dem Lichtdetektor. Insbesondere mag hierbei der Anteil des abgezweigten Lichts genau eingestellt werden.
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Die Bewegungseinrichtung (z.B. eine Lineareinheit) mag die Lichterzeugungseinrichtung insbesondere zu dem gehaltenen Lichtleiter bewegen. Eine korrekte Positionierung zu dem Lichtleiter, z.B. in Bezug auf einen Abstand und/oder in Bezug auf einen Winkel, kann beispielsweise durch eine korrekte Positionierung in Bezug auf die Halterung umgesetzt werden. In einer Weiterbildung mag die Lichterzeugungseinrichtung dazu bis zum Anschlag an der Halterung bewegt werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Bewegungseinrichtung mindestens eine Drehbewegungsfunktion aufweist, z.B. um einen Winkel zwischen einer Hauptabstrahlrichtung oder einer optischen Achse des von der Lichterzeugungseinrichtung abgestrahlten Lichts und einer Flächennormalen einer Lichteintrittsfläche des Lichtleiters nachstellen zu können.
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Die Bewegungseinrichtung mag alternativ die Halterung des Lichtleiters bewegen, z.B. auf eine stationäre Lichterzeugungseinrichtung hin. Die Bewegungseinrichtung mag in die Halterung integriert sein, z.B. in Form eines Roboterarms.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Prüfvorrichtung eine Bildfläche aufweist, die von dem aus dem Lichtleiter abgestrahltem Licht bestrahlbar ist, und dass die Lichtmesseinrichtung zum Messen eines auf der Bildfläche befindlichen Bildmusters angeordnet ist. Die Bildfläche mag austauschbar sein, um unterschiedliche Beleuchtungssituationen nachstellen zu können.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Anstrahl- oder Bildfläche entlang einer Längserstreckung des Lichtleiters verschiebbar ist. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Aufnahme mehrerer Teilbildmuster entlang eines länglichen Lichtleiters. Die Bildfläche wird insbesondere in Bezug auf ihre Lage und Entfernung zum Lichtleiter vorbestimmt bewegt. Die Bildfläche wird beispielsweise über die gesamte Länge des Lichtleiters entlanggeführt.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Anstrahl- oder Bildfläche entlang einer Umfangsrichtung des Lichtleiters bewegbar ist, z.B. verschiebbar und drehbar ist.
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Die Bildfläche mag z.B. auf einem motorisch angetriebenen Schlitten angeordnet sein. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Anstrahl- oder Bildfläche mittels eines Roboters bewegt wird, was den Vorteil einer vielgestaltigen (auf dreidimensional veränderlichen) Positionierung und einer einfachen Variierung des Verschiebewegs der Bildfläche ermöglicht.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der mindestens eine Lichtsensor (z.B. in einer Digitalkamera) zusammen mit der Bildfläche verschoben wird, was eine besonders gut reproduzierbare Aufnahmebedingung ermöglicht. Der mindestens eine Lichtsensor mag z.B. eine feste Position zu der Bildfläche einnehmen.
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Die Auswerteeinrichtung mag beispielsweise ein entsprechend eingerichteter Rechner, z.B. Computer, beispielsweise Laptop oder PC, sein.
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Die Prüfvorrichtung mag vollautomatisch arbeiten und mag einen Teil einer Fertigungskette darstellen. Sie kann aber auch als eine eigenständige Prüfvorrichtung oder „Stand-Alone“-Prüfvorrichtung ausgestaltet sein.
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Die Prüfvorrichtung mag in Form in einer geschlossenen Prüfzelle vorliegen oder eine solche aufweisen, um Fremdlicht bei der Prüfung auszuschließen. Die Prüfvorrichtung mag dann insbesondere auf einer Seite eine „Wendeplatte“ aufweisen, die auf jeder Seite mit einem Halter oder Adapter bestückbar ist. Die Adapter können an den zu prüfenden Lichtleiter angepasst ausgeführt sein. Durch Bewegen der Wendeplatte mögen die Adapter wechselweise in die Prüfzelle eingebracht oder aus der Prüfzelle entfernt werden. Beispielsweise kann ein Roboter einen Lichtleiter an demjenigen Adapter anbringen, der sich aktuell außerhalb der Prüfzelle befindet. Der Lichtleiter mag z.B. einem Spritzgusswerkzeug entnommen worden sein. Der in der Prüfzelle befindliche Adapter hält einen aktuell prüfbaren Lichtleiter. Nach Ende der Prüfung des in der Prüfzelle befindlichen Lichtleiters dreht sich die Wendeplatte z.B. um 180°, so dass die Adapter ihre Positionen tauschen. Damit kommt der neu eingelegte Lichtleiter zur Prüfung und der zuvor geprüfte Lichtleiter (der sich jetzt außerhalb der Prüfzelle befindet) wird (z.B. von einem Roboter) von dem Adapter entnommen und in Gut/Schlecht-Behältern abgelegt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Die einzige Fig. zeigt in Draufsicht eine Skizze einer Prüfvorrichtung 1 zum Prüfen eines Lichtleiters L. Die Prüfvorrichtung 1 mag einen Teil oder eine Station einer Fertigungslinie darstellen oder als eine eigenständige Vorrichtung ausgebildet sein.
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Die Prüfvorrichtung 1 weist mindestens eine Halterung 2 zum Halten des Lichtleiters L, eine Lichterzeugungseinrichtung 3 zum Erzeugen von in den Lichtleiter 3 einzukoppelndes Licht P, eine Bewegungseinrichtung 4 zum Bewegen der Lichterzeugungseinrichtung 3 zu der Halterung 2 (angedeutet durch den Doppelpfeil), eine Lichtmesseinrichtung in Form einer Digitalkamera 5 zum Messen von aus dem Lichtleiter L abgestrahltem Licht P und eine Auswerteeinrichtung 6 zum Vergleichen und Bewerten des aus dem Lichtleiter L abgestrahlten Lichts P anhand mindestens einer Referenz auf.
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Die Halterung 2 ist hier als ein Formgreifer eines Roboterarms (o. Abb.) ausgebildet, z.B. als zwei Greiferschalen.
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Die Lichterzeugungseinrichtung 3 weist eine Lichtquelle in Form mindestens einer LED 7 auf. Diese strahlt das von ihr emittierte Licht P durch eine nachgeschaltete Optik 8 (z. B. umfassend einen Kollimator, einen Diffusor usw.) auf eine Lichteintrittsfläche E des Lichtleiters L. In dem Lichtpfad zwischen der Optik 8 und der Lichteintrittsfläche E ist ein Strahlteiler 9 angeordnet, welcher eine geringen Anteil des in dem Lichtpfad laufenden Lichts P zu einem Lichtdetektor in Form einer Fotodiode 10 abzweigt. Die Fotodiode 10 ist mit einer Regeleinrichtung 11 zum Regeln des von der LED 7 abgestrahlten Lichtstroms verbunden. Die Regeleinrichtung 11 kann dazu auf der Grundlage des von der Fotodiode 10 abgefühlten Werts des Lichtstroms als der Regelgröße einen Betriebsstrom der LED 7 als der Stellgröße auf einen Sollwert des Lichtstroms als der Führungsgröße einstellen. So wird ein Regelkreis mit optischer Rückkopplung gebildet, der den an der Lichteintrittsfläche E in den Lichtleiter L eingekoppelten Lichtstrom in kurzer Zeit (z.B. innerhalb von ein bis zwei Sekunden) hochgradig konstant halten kann.
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Die Bewegungseinrichtung 4 mag z.B. eine Lineareinheit aufweisen, welche die Lichterzeugungseinrichtung 3 nach Positionierung des Lichtleiters L bis zum Anschlag an die Halterung 2 bewegt.
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Der Lichtleiter L ist hier als ein stabförmiger, beispielhaft geradliniger, Vollkörper aus transparentem Kunststoff, z.B. PMMA oder PC, ausgebildet. Ein Querschnitt mag gekrümmt (z.B. oval oder kreisförmig) und/oder eckig (z.B. rechteckig, hexagonal usw.) ausgebildet sein. In ihn eingekoppeltes Licht P breitet sich in einer Längserstreckung C des Lichtleiters L mittels innerer Totalreflexion aus. An einer Seite, der Rückseite R, des Lichtleiters L weist er eine Oberflächenstruktur, z.B. eine Riffelung, (o. Abb.) auf, mittels welcher das darauf auftreffende Licht P auf die gegenüberliegenden Seite, die Vorderseite V, umgelenkt wird und dort austritt. Das Licht P wird dadurch mit einem vorbestimmten Anteil seitlich als Nutzlicht durch eine Mantelfläche M des Lichtleiters L abgestrahlt. Nur ein geringer Teil des Lichts P gelangt folglich entlang des Hauptlichtpfads, der entlang der Längserstreckung C verläuft, zu der der Lichteintrittsfläche E gegenüberliegenden Stirnseite. Eine seitliche Lichtaustrittsfläche auf der Mantelfläche M erstreckt sich streifenartig entlang der Längserstreckung C. Ein solcher Lichtleiter L ist insbesondere zur ambienten Raumbeleuchtung geeignet, beispielsweise zum Beleuchten eines Fahrzeuginnenraums, z.B. eines Kraftwagens oder eines Flugzeugs.
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Die Prüfvorrichtung 1 weist ferner eine Bildfläche 12 in Form einer ebenen Platte auf, die an ihrer dem Lichtleiter L zugewandten Flachseite mit einer weißen, diffus streuenden Beschichtung versehen ist. Die Bildfläche 12 ist zumindest entlang der Längserstreckung C des Lichtleiters L bewegbar, insbesondere in einem gleichen Abstand zu dem Lichtleiter L. Die Bildfläche 12 mag zusätzlich in einer Umfangsrichtung um den Lichtleiter L herum beweglich und auch drehbar sein. Dies ist besonders einfach durch einen Roboterarm 13 umsetzbar, der hier durch die beiden Doppelpfeile angedeutet ist. Die Bildfläche 12 ist insbesondere abschnittsweise entlang des Lichtleiters L bewegbar, z.B. von einer ersten Position A1, zu der aktuell eingenommenen Position A2 und weiter zu der Position A3 usw. bis zum Ende des Lichtleiters L. Benachbarte Positionen A1 und A2 bzw. A2 und A3 (bzw. allgemein Ai-1 und Ai) sind hier überlappend dargestellt. Sie weisen den gleichen Abstand zu dem Lichtleiter L auf.
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Das von dem Lichtleiter L auf die Bildfläche 12 seitlich abgestrahlte Licht P erzeugt auf der Bildfläche 12 an der Position Ai ein (Teil-)Bildmuster Qi. Die Digitalkamera 5 ist auf die Bildfläche 12 ausgerichtet und nimmt das Teilbildmuster Qi auf bzw. misst dieses. Die Digitalkamera 5 wird zusammen mit der Bildfläche 12 verschoben, was gleichförmige und damit gut reproduzierbare Aufnahmebedingungen ermöglicht. Die Digitalkamera 5 mag dazu ebenfalls an dem Roboterarm 13 befestigt sein.
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Das aufgenommene Teilbildmuster Qi gelangt zu der Auswerteeinrichtung 6, wo es mit mindestens einer Referenz verglichen wird. Die Auswerteeinrichtung 6 mag ein entsprechend eingerichteter Rechner sein.
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Die Auswerteeinrichtung 6 mag beispielsweise folgende Vergleiche und Bewertungen durchführen:
- i) Für jedes Teilbildmuster Qi entsprechend einer jeweiligen Position Ai (i = 1, ..., n mit n eingenommenen Positionen) werden die Helligkeiten der einzelnen Bildpunkte aufsummiert und mit einem Referenz-Helligkeits-Summenwert verglichen. Liegt die Helligkeitssumme des gemessenen Teilbildmuster Qi beispielsweise einen vorbestimmten Wert unterhalb des Referenz-Helligkeits-Summenwerts, so deutet dies darauf hin, dass sich in dem gemessenen Teilbildmuster Qi ein oder mehrere zu dunkle und/oder zu helle Flecke befinden oder der Lichtleiter L bereits zu vergilbt ist, um das Licht P in ihm über die ganze Länge gleichmäßig abzustrahlen. Der Lichtleiter L wird folglich als ungeeignet verworfen. Zusätzlich oder alternativ zu einem Helligkeits-Summenwert mag auch ein Helligkeits-Mittelwert oder Helligkeits-Durchschnittswert der Bildpunkte verwendet werden. Die Referenz mag dabei für alle Teilbildmuster Qi gleich sein oder für zumindest zwei Teilbildmuster Qi unterschiedlich sein.
und/oder
- ii) Jedes Teilbildmuster Qi wird mit einem (gleichen oder jeweiligen) Referenz-Teilbildmuster verglichen, z.B. mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens. So können beispielsweise in dem gemessenen Teilbildmuster Qi ein oder mehrere dunkle Flecke erkannt werden, und zwar mit einer hohen spatialen Auflösung. Der Lichtleiter L mag dann als ungeeignet verworfen werden.
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Die Referenz mag beispielsweise aus einer Mittelwertbildung von Messwerten erzeugt werden, die von Messungen von als Gut-Teilen eingestuften Lichtleitern stammen. Sie können auch aus einer Mittelwertbildung von Messwerten erzeugt werden, die von Messungen von überwiegend als Gut-Teilen eingestuften Lichtleitern stammen. Im letzteren Fall ergibt sich der Vorteil, dass einzelne kleine Auffälligkeiten der wenigen Schlecht-Teile herausmittelbar sind und damit das Referenzbild auswertetechnisch „stabiler“ wird. Die Lichtleiter zur Ermittlung der Referenz sind vorzugsweise gleichartig zu dem zu prüfenden Lichtleiter ausgebildet.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So ist die Prüfvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel nur zum Auswerten einer Helligkeit des seitlich abgestrahlten Lichts beschrieben worden. Jedoch kann eine Prüfvorrichtung zusätzlich oder alternativ eine Farbe oder Farbabweichung vergleichen und bewerten.
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Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Halterung zum Halten des Lichtleiters
- 3
- Lichterzeugungseinrichtung
- 4
- Bewegungseinrichtung
- 5
- Digitalkamera
- 6
- Auswerteeinrichtung
- 7
- LED
- 8
- Optik
- 9
- Strahlteiler
- 10
- Fotodiode
- 11
- Regeleinrichtung
- 12
- Bildfläche
- 13
- Roboterarm
- Ai
- Position i der Bildfläche
- C
- Längserstreckung des Lichtleiters
- E
- Lichteintrittsfläche des Lichtleiters
- L
- Lichtleiter
- M
- Mantelfläche des Lichtleiters
- P
- Licht
- R
- Rückseite des Lichtleiters
- Qi
- Teilbildmuster auf der Bildfläche an der Position Ai
- V
- Vorderseite des Lichtleiters
