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Die Erfindung betrifft eine Batteriefolienprüfvorrichtung zur Prüfung von Batteriefolien auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen.
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Batterieelektroden werden in der Regel als dünne Folien hergestellt, wobei die Anoden- und Kathodenfolien ebenfalls durch dünne Membranen getrennt werden. Bei der Herstellung muss sichergestellt werden, dass nicht peakartige Erhebungen auf den Elektroden die Membran durchstoßen. Hierbei geht es insbesondere um „spitze“ peakartige Erhebungen, also Erhebungen mit einem großen Höhen- /Breiten-Aspektverhältnis.
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Die in Zukunft zu erwartenden Produktionsgeschwindigkeiten für Batteriefolien (Elektrodenfolien) liegen im Bereich von 1 qm/s. Die Foliendicken werden zugunsten einer hohen Batteriekapazität so dünn wie möglich gehalten und liegen nach heutigem Stand der Technik bei ca. 30 µm. Bei der Prüfung der Batteriefolien werden also Partikel auf den Elektrodenflächen gesucht, die in der Größenordnung der Foliendicke liegen - sowohl für ihre Höhe als auch ihre Breite.
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Es ist bekannt, strukturierte Oberflächen mit Verfahren der Stereo-Topographie, vgl. beispielsweise
DE 10 2017 126 042 A1 , oder unter Verwendung von 3D-Mikroskopen zu untersuchen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batteriefolienprüfvorrichtung anzugeben, mit der sich mit hoher Nachweisgenauigkeit peakartige Erhebungen nachweisen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch dem Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Die Erfindung sieht eine Batteriefolienprüfvorrichtung zur Prüfung von Batteriefolien auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen vor, mit einer Beleuchtungsanordnung, die derart ausgebildet und bei Benutzung relativ zu zu prüfender Batteriefolie angeordnet ist, dass die Batteriefolie in einem zu prüfenden Prüfbereich zur Erzeugung von Schattenwurf an peakartigen Erhebungen mit kollimiertem Streiflicht aus wenigstens
- - einer ersten Beleuchtungsrichtung und
- - einer der ersten Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird,
mit einer Detektoranordnung zur Erfassung der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung (erste Helligkeitsverteilungt) sowie der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (zweite Helligkeitsverteilung) und mit einer Auswertungseinrichtung, die derart ausgebildet und programmiert ist, dass eine peakartige Erhebung anhand eines Vergleiches ihres Schattenwurfes wenisgtens in der ersten Helligkeitsverteilung mit einem Vergleich ihres Schattenwurfes in der zweiten Helligkeitsverteilung identifiziert wird.
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Erfindungsgemäß werden peakartige Erhebungen unter Verwendung optischer Messtechnik aufgrund ihres Schattenwurfes identifiziert.
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Erfindungsgemäß wird die Oberfläche der Batteriefolie aus zwei entgegengesetzten Richtungen (erste Beleuchtungsrichtung und zweite Beleuchtungsrichtung) mit kollimiertem Streiflicht, also unter einem flachen Inzidenzwinkel, beispielsweise von etwa 10 Grad beleuchtet.
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Beispielsweise und insbesondere kann die Detektoranordnung eine Kamera mit Blickrichtung in etwa orthogonal zur Werkstückoberfläche aufweisen, die die Oberfläche für jede Beleuchtungsrichtung als Helligkeitsbild abbildet.
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In der Auswertungseinrichtung wird für jeden Bildpunkt die Helligkeit für die beiden Beleuchtungsrichtungen verglichen. Hierbei ist ein großer Helligkeitsunterschied an einem Bildpunkt ein Indiz dafür, dass sich der Bildpunkt in einem Schattenbereich befindet, wobei Schattenbereiche einen zu identifizierenden Peak umschließen.
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Die erfindungsgemäße Batteriefolienprüfvorrichtung, die nachfolgend auch kurz als Vorrichtung bezeichnet wird, ermöglicht mit einer hohen Nachweisempfindlichkeit den Nachweis von Peaks auf Werkstückoberflächen.
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Bei Verwendung einer Kamera wird die Pixelauflösung der Kamera effektiv ausgenutzt.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es aufgrund einer einfachen Auswertung eine hohe Prüfgeschwindigkeit ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für alle flachen Oberflächen angewendet werden, auf denen sich „spitze“ peakartige Erhebungen befinden. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für die großflächige und gleichzeitig hochauflösende Prüfung von Werkstücken. Entsprechende Prüfungen sind insbesondere in der Batteriezellenproduktion gefordert. Dabei werden Batterieelektroden in Form von Batteriefolien entweder als Bahnware oder in Form von einzelnen Blättern geprüft, wie sie beispielsweise in den sogenannten Poche-Zellen zum Einsatz kommen. Die entsprechenden Oberflächen sind relativ weich und können problemlos zu einer beispielsweise zylindrischen Rolle gebogen werden, die sich während der Batteriefolienproduktion beim Ablauf der Folien über Umlenkenrollen ohnehin ergibt. Im Ergebnis wird dann die zu prüfende Oberfläche in eine zylindrische Form gebracht, sodass auf diese Weise bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Beleuchtung mit Streiflicht sehr flache Inzidenzwinkel realisiert werden können und gleichzeitig leichter ein Abstand der erforderlichen Optik zu der Oberfläche gehalten werden kann.
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Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch angewendet werden, um bei nach dem Pulverbettverfahren arbeitenden 3D-Druckern das Pulverbett auf Fremdpartikel abzusuchen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet und programmiert ist, dass zur Detektion einer peakartigen Erhebung in dem Prüfbereich die erste Helligkeitsverteilung mit der zweiten Helligkeitsverteilung verglichen wird und Stellen in dem Prüfbereich identifiziert werden, an denen sich die lokale Helligkeit in der ersten Helligkeitsverteilung einen Schwellenwert überschreitend von der lokalen Helligkeit in der zweiten Helligkeitsverteilung unterscheidet. Bei dieser Ausführungsform wird anhand einer Schwellenwertentscheidung entschieden, ob ein Unterschied in der Helligkeit von einer peakartigen Erhebung herrührt. Auf diese Weise ist die Fehleranfälligkeit beim Nachweis von peakartigen Erhebungen verringert.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektoranordnung wenigstens einen linienförmigen Detektor aufweist, der für eine Abtastung des Prüfbereichs ausgebildet bzw. angeordnet ist. Entsprechende linienförmige Detektoren stehen als relativ kostengünstige und hochauflösende Standardbauteile zur Verfügung, beispielsweise in Form von hochauflösenden CCD- oder CMOS-Chips.
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Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektoranordnung wenigstens eine Kamera aufweist, die Helligkeitsbilder des Prüfbereiches aufnimmt, wobei die Auswertungseinrichtung derart ausgebildet und programmiert ist, dass zur Detektion einer peakartigen Erhebung in dem Prüfbereich ein bei Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung aufgenommenes erstes Helligkeitsbild mit einem bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung aufgenommenen zweiten Helligkeitsbild verglichen wird. Entsprechende Kameras stehen als relativ kostengünstige Standardbaugruppen mit hoher Auflösung zur Verfügung. Der Vergleich der durch die Kamera aufgenommen Helligkeitsbilder in Bezug auf Helligkeitsunterschiede in der Auswertungseinrichtung ist auf einfache und schnelle Weise möglich, sodass die Prüfung der Batteriefolien mit besonders hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet und ansteuerbar ist, dass der Prüfbereich zeitlich aufeinanderfolgend aus der ersten Beleuchtungsrichtung und der zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird, wie dies eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
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Um die Prüfgeschwindigkeit weiter zu erhöhen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der ersten Beleuchtungsrichtung eine erste Beleuchtungsfarbe und der zweiten Beleuchtungsrichtung eine zweite Beleuchtungsfarbe zugeordnet ist, wobei die Detektoranordnung zur farblich getrennten Detektion des jeweils resultierenden Helligkeitsverlaufs ausgebildet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Detektoranordnung wenigstens eine RGB-Kamera aufweist. Entsprechende RGB-Kameras weisen nicht nur eine einzelne Bildzeile in y-Richtung auf, sondern benachbart noch zwei weitere. Jede Bildzeile ist mit einem Farbfilter entsprechend R=rot, G= Grün und B=blau abgedeckt. Bei trennscharfer Ausbildung der Farbfilter kann mit entsprechend darauf abgestimmter beispielsweise roter und blauer Beleuchtung die Beleuchtung aus der ersten oder zweiten Beleuchtungseinrichtung gleichzeitig ausgeführt und die sich jeweils ergebende Helligkeitsverteilung erfasst werden, ohne dass sich die Beleuchtungen gegenseitig stören. Erfindungsgemäß können jedoch Kameras mit einem monochromen digitalen Bildsensor verwendet werden, wobei die Beleuchtung aus den entgegengesetzten Beleuchtungsrichtungen dann zeitlich aufeinanderfolgend erfolgt.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektoranordnung wenigstens einen zeilenförmigen Detektor aufweist.
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Zur Realisierung der Abbildung auf einen zeilenförmigen Detektor kann dem zeilenförmigen Detektor ein Stablinsenarray zugeordnet sein, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Detektoranordnung wenigstens einen CIS (Contact Image Sensor) aufweist. Entsprechende Detektoren stehen als relativ kostengünstige Standardbaugruppen mit hoher Auflösung zur Verfügung.
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Damit sich ein scharfer Schatten ausbildet, wird erfindungsgemäß eine kollimierte Beleuchtung verwendet. Eine gute Annäherung an im Sinne der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafte Beleuchtungsanforderungen ergibt sich beispielsweise durch Verwendung eines Lasers oder einer Superluminiszenzdiode.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Beleuchtungsanordnung wenigstens einen Laserscanner mit einem Laser und dem Laser zugeordneten Mitteln zum Richten des Laserstrahl auf die Batteriefolie derart aufweist, dass der Laserstrahl die Batteriefolie in dem Prüfbereich entlang einer Abbildungslinie abtastet, wobei die Detektoranordnung wenigstens einen Photodetektor zur Detektion von bei der Abtastung des Prüfbereichs generiertem Streulicht aufweist.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform kann die Detektoranordnung beispielsweise einen linienförmigen Detektor aufweisen. Im Sinne eines einfachen Aufbaus mit hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform vor, dass die Detektoranordnung einen einzelnen Photodetektor aufweist, dem eine parallel zu der Abbildungslinie verlaufende Schlitzblende zugeordnet ist.
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Hierbei kann der Photodetektor vorzugsweise durch eine Avalanche-Photodiode gebildet sein, wie dies eine andere vorteilhafte Weiterbildung vorsieht. Entsprechende Avalanche-Photodioden sind für eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit geeignet.
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Im Sinne einer zuverlässigen Auswertung ist es wünschenswert, dass Streiflicht unter Berücksichtigung der technischen und räumlichen Gegebenheiten unter einem möglichst flachen Winkel auf die Batteriefolie zu richten, damit vorhandene peakartige Erhebungen einen möglichst langen Schatten werfen. Bei einem Winkel von 27° zur Oberfläche der Batteriefolie ist ein von einer peakartigen Erhebung auf die Batteriefolie geworfener Schatten doppelt so lang, wie die Erhebung hoch ist. In diesem Sinne sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das Streiflicht unter einem Winkel von ≤ 30° auf die Batteriefolie gerichtet wird. die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das Streiflicht unter einem Winkel von ≤ 30° auf die Batteriefolie gerichtet wird.
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Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, wenn die Batteriefolie aus einer ersten Beleuchtungsrichtung und einer der ersten Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird. Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen und Gegebenheiten gewünscht, können erfindungsgemäß jedoch weitere Paare von einander entgegengesetzten Beleuchtungsrichtungen verwendet werden, beispielsweise und insbesondere zu der ersten und zweiten Beleuchtungsrichtung orthogonal angeordnete dritte und vierte Beleuchtungsrichtungen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Prüfung von Batteriefolien auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen ist im Anspruch 15 angegeben. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Eigenschaften und Vorteile wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihren Weiterbildungen. Zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der Erfindung gehört auch eine Übertragung des in Bezug auf die Prüfung von Batteriefolien offenbarten Grundprinzips und seiner Weiterbildungen, wie sie in den Patentansprüchen definiert sind, auf eine Vorrichtung zur pulverbettbasierten generativen Fertigung von Bauteilen. In diesem Zusammenhang ist die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung verwendete Bezugnahme auf eine Batteriefolie bzw. deren Oberfläche sinngemäß zu ersetzen durch eine Bezugnahme auf ein Pulverbett bzw. dessen Oberfläche. Insbesondere gehört damit zum Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur pulverbettbasierten generativen Fertigung von Baueteilen, mit einer Prüfvorrichtung zur Prüfung einer Oberfläche des Pulverbetts auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen, mit einer Beleuchtungsanordnung, die derart ausgebildet und bei Benutzung relativ zu einem zu prüfenden Pulverbett angeordnet ist, dass die Oberfläche des Pulverbetts in einem zu prüfenden Prüfbereich zur Erzeugung von Schattenwurf an peakartigen Erhebungen mit kollimiertem Streiflicht aus wenigstens einer ersten Beleuchtungsrichtung und einer der ersten Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird,
mit einer Detektoranordnung zur Erfassung der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus wenigstens der ersten Beleuchtungsrichtung (erste Helligkeitsverteilung) sowie der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (zweite Helligkeitsverteilung) und mit einer Auswertungseinrichtung, die derart ausgebildet und programmiert ist, dass eine peakartige Erhebung anhand eines Vergleiches ihres Schattenwurfes in der ersten Helligkeitsverteilung mit einem Vergleich ihres Schattenwurfes in der zweiten Helligkeitsverteilung identifiziert wird. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur pulverbettbasierten generativen Fertigung von Bauteilen ergeben sich durch die sinnentsprechende Übertragung der Gegenstände der Ansprüche 2 bis 14. Gegenstand der Erfindung ist auch ein dem Verfahren gemäß Anspruch 15 entsprechendes Verfahren zur Prüfung der Oberfläche eines Pulverbetts auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte stark schematisierte Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle in der Beschreibung beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger geeigneter Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung der Zeichnung. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die einzelnen Merkmale eines Ausführungsbeispiels das jeweilige Ausführungsbeispiel für sich genommen, also unabhängig von den weiteren Merkmalen des Ausführungsbeispiels, weiterbilden. Es ist für den Fachmann ferner ersichtlich, dass die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele soweit technisch sinnvoll auch unter den Ausführungsbeispielen austauschbar sind.
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Es zeigt:
- 1 in einer stark schematisierten Perspektivansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 in gleicher Darstellung wie 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. sich entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist stark schematisiert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriefolienprüfvorrichtung 2 zur Prüfung von Batteriefolien auf das Vorhandensein von vereinzelten peakartigen Erhebungen dargestellt. In 1 ist ein Ausschnitt einer bahnförmigen Batteriefolie 4 dargestellt, wobei eine einzelne peakartige Erhebung symbolisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist.
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Die Vorrichtung 2 weist eine Beleuchtungsanordnung 8 auf, die derart ausgebildet und bei Benutzung relativ zu der zu prüfenden Batteriefolie 4 angeordnet ist, dass die Batteriefolie in einem zu prüfenden Prüfbereich zur Erzeugung von Schattenwurf an peakartigen Erhebungen mit kollimiertem Streiflicht aus einer ersten Beleuchtungsrichtung und aus einer der ersten Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten zweiten Beleuchtungsrichtung beleuchtet wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungsanordnung 8 eine ersten Lichtquelle 10 und eine zweite Lichtquelle 12 auf, die in entgegengesetzte Richtungen abstrahlen. Die erste Lichtquelle 10 ist zur Beleuchtung der Batteriefolie 4 mit kollimiertem Streiflicht aus einer ersten Beleuchtungsrichtung ausgebildet und angeordnet, die in 1 durch einen Pfeil 14 gekennzeichnet ist. Die zweite Lichtquelle 12 ist zur Beleuchtung der Batteriefolie 4 mit kollimiertem Streiflicht aus einer zweiten Beleuchtungsrichtung ausgebildet und angeordnet, die in 1 durch einen Pfeil 16 gekennzeichnet ist.
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Die Vorrichtung 2 weist ferner eine Detektoranordnung 18 zur Erfassung der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung (erste Helligkeitsverteilung) sowie der Helligkeitsverteilung in dem Prüfbereich bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung (zweite Helligkeitsverteilung) auf. Die Detektoranordnung 18 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Kamera 20 mit einem digitalen Bildsensor auf, die mit Blickrichtung in etwa orthogonal zur Oberfläche der Batteriefolie 4 angeordnet ist.
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Die Kamera 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Zeilenkamera mit einer Optik ausgebildet, die jeweils eine Zeile 22 auf der Oberfläche der Batteriefolie abbildet. Durch Relativbewegung zwischen der Kamera 20 und der Batteriefolie 4 wird dieselbe abgetastet. Die Relativbewegung zwischen der Kamera 20 in der Batteriefolie 4 wird zweckmäßigerweise dadurch realisiert, dass die Kamera 20 ortsfest angeordnet ist und die Batteriefolie 4 durch eine geeignete Transporteinrichtung kontinuierlich unter der Kamera hinwegbewegt und dadurch transportiert wird. Ein entsprechender kontinuierlicher Transport in einer Vorschubrichtung, die in 1 durch einen Pfeil 23 symbolisiert ist, findet bei der Verarbeitung von Batteriefolie in Form von Bahnware in der Regel ohnehin statt.
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Die Vorrichtung 2 weist ferner eine Auswertungseinrichtung 24 auf, die derart ausgebildet und programmiert ist, dass eine peakartige Erhebung anhand eines Vergleiches ihres Schattenwurfes in der ersten Helligkeitsverteilung mit einem Vergleich ihres Schattenwurfes in der zweiten Helligkeitsverteilung identifiziert wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswertungseinrichtung 24 derart ausgebildet und programmiert, dass zur Detektion einer peakartigen Erhebung in dem Prüfbereich die erste Helligkeitsverteilung mit der zweiten Helligkeitsverteilung verglichen wird und Stellen in dem Prüfbereich identifiziert werden, an denen sich die lokale Helligkeit in der ersten Helligkeitsverteilung einen Schwellenwert überschreitend von der lokalen Helligkeit in der zweiten Helligkeitsverteilung unterscheidet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Kamera 20 Helligkeitsbilder des Prüfbereiches auf, wobei die Auswertungseinrichtung 24 derart ausgebildet und programmiert ist, dass zur Detektion einer peakartigen Erhebung in dem Prüfbereich ein bei Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung 14 aufgenommenes erstes Helligkeitsbild mit einem bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung 16 aufgenommenen zweiten Helligkeitsbild verglichen wird.
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Wie in 1 angedeutet, wirft die peakartige Erhebung 6 bei Beleuchtung aus der 1. Beleuchtungsrichtung 14 einen Schatten in einem Bereich 26, während sie bei Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung 16 einen Schatten in einem Bereich 28 wirft.
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Die peakartige Erhebung 6 wirft aufgrund der Beleuchtung mit kollimiertem Streiflicht einen langen Schatten auf die Oberfläche der Batteriefolie 4. Wird beispielsweise ein Inzidenzswinkel von 10 % Steigung gewählt, so ist der Schatten 26 bzw. 28 in x-Richtung zehnmal so lang wie die peakartige Erhebung 6 in z-Richtung hoch ist.
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Um die Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung 14 und die Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung 16 gleichzeitig auszuführen, wird die Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung 14 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit rotem Licht und die Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung mit blauem Licht ausgeführt, sodass sich die entsprechenden Beleuchtungen gegenseitig nicht stören.
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Die Kamera 20 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als RGB-Kamera ausgebildet, die mehrere nebeneinander angeordnete Bildzeilen aufweist, von denen jede mit einem Farbfilter abgedeckt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist entsprechend den gewählten Beleuchtungsfarben eine der Bildzeilen einen roten Farbfilter und die andere einen blauen Farbfilter auf.
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Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 nimmt die Kamera 20 Helligkeitsbilder der aus der ersten Beleuchtungsrichtung 14 und der zweiten Beleuchtungsrichtung 16 beleuchteten Batteriefolie 4 auf. Für jeden xy-Bildpunkt wird die Helligkeit für die beiden Beleuchtungsrichtungen 14 und 16 verglichen. Unter der Beleuchtung aus der zweiten Beleuchtungsrichtung 16 ist der Bereich 26 hell, während er unter der Beleuchtung aus der ersten Beleuchtungsrichtung 14 dunkel ist. Umgekehrt gilt dieser Zusammenhang für den Bereich 28. Alle anderen Bereiche außerhalb der Bereiche 26 und 28 sind bei beiden Beleuchtungsrichtungen etwa gleich hell.
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Die Auswertungseinrichtung 24 wertet die von der Kamera 20 aufgenommenen Helligkeitsbilder aus, wobei ein großer Helligkeitsunterschied ein Indiz dafür ist, dass sich der Bildpunkt in einem Schattenbereich befindet. Die Schattenbereiche umschließen die zu identifizierende peakartige Erhebung 6.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 können peakartige Erhebungen 6 identifiziert werden, die an oder sogar unter der Pixel-Auflösung der Kamera 20 liegen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 weist eine hohe Nachweisempfindlichkeit für peakartige Erhebungen 6 auf Werkstücksoberflächen auf.
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Aufgrund der einfachen Auswertung ist gleichzeitig eine hohe Prüfgeschwindigkeit ermöglicht.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dadurch unterscheidet, dass eine nach Art eines Laserscanners aufgebaute Lichtquelle verwendet wird.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung einen Laser 30 auf, dessen Laserstrahl 32 auf einen Polygonspiegel 34 gerichtet ist, der um eine Drehachse drehantreibbar gelagert ist, wie in 2 durch einen Pfeil 35 angedeutet.
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Aus Gründen der Veranschaulichung ist die Batteriefolie 4 in 2 als Zylinder 36 dargestellt. In der Praxis kann die Batteriefolie beispielsweise im Rahmen eines kontinuierlichen Vorschubs über eine Rolle geführt werden, an der dann die erfindungsgemäße Prüfung durchgeführt wird.
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Über ein Scanobjektiv in Form eines f-Thetaobjektivs 38 wird der Laserstrahl 32 fokussiert und über einen Umlenkspiegel 40 auf den Zylinder 36 gerichtet. Bei Drehung des Polygonspiegels 34 wird der Laserstrahl 32 entlang einer in Axialrichtung des Zylinders 36 verlaufenden Abbildungslinie bewegt.
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Anstelle einer Kamera wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ein einzelner, sehr schneller Photodetektor verwendet, der beispielsweise durch eine Avalanche-Photodiode gebildet ist und idealerweise für jedes auf der Abbildungslinie generierte Streulicht 41 gleich empfindlich ist.
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Die Vorrichtung 2 weist ferner eine vor dem Photodetektor angeordnete Schlitzblende 42 auf, die parallel zur Axialrichtung des Zylinders 36 verläuft. Die Schlitzblende 42 fungiert als Pinhole, wobei beispielsweise ein Stablinsenarray verwendet werden, das die Abbildungslinie auf die Schlitzblende 42 abbildet.
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Durch diese Anordnung ist erreicht, dass nur dann, wenn in dieser konfokalen Anordnung Licht entlang der Abbildungslinie gestreut wird, dieses durch die Schlitzblende auf den dahinter liegenden Photodetektor gelangt, während Licht aus anderen Bereichen neben die Öffnung der Schlitzblende projiziert wird und damit nicht auf den Photodetektor gelangt.
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Die in 2 dargestellte Lichtquelle realisiert eine Beleuchtung aus einer ersten Beleuchtungsrichtung, die in 2 durch einen Pfeil 14 symbolisiert ist. Zur Beleuchtung des Zylinders 36 aus einer der ersten Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten zweiten Beleuchtungseinrichtung, die in 2 durch einen Pfeil 16 symbolisiert ist, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine zweite nach Art eines Laserscanners aufgebaute Lichtquelle verwendet, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 nicht gezeigt ist. Diese zweite Lichtquelle zur Realisierung der zweiten Beleuchtungsrichtung entspricht nach Aufbau und Funktionsweise der in 2 gezeigten Anordnung und wird daher hier nicht näher erläutert.
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Erfindungsgemäß wird der Zylinder 36 zur Identifizierung peakartiger Erhebungen aus der ersten Beleuchtungsrichtung und der zweiten Beleuchtungsrichtung jeweils mit Streiflicht unter einem flachen Inzidenzwinkel beleuchtet.
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Im Übrigen entspricht die Funktionsweise des in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels der Funktionsweise des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017126042 A1 [0004]
