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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen diffusen Weißreflektor mit einer Oberfläche, die ein reflektierendes Material aufweist, welches Licht diffus reflektiert, und die Verwendung desselben.
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STAND DER TECHNIK
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Optische Anordnungen und optische Messsysteme mit Sensoren werden in vielfältiger Weise zur Untersuchung und Vermessung von Werkstücken verwendet. Beispielsweise werden optische Sensoren oder Bildverarbeitungssensoren in Kombination mit Koordinatenmessgeräten zur Vermessung von Werkstücken eingesetzt. Allerdings müssen derartige optische Sensoren, wie optische Abstandssensoren oder Bildverarbeitungssensoren, kalibriert werden, da die im Zusammenhang mit den optischen Erfassungssystemen eingesetzten Beleuchtungsquellen beispielsweise nichtlineare Kennlinien aufweisen, also der Einstellwert der Beleuchtungsintensität nicht zwangsweise einen linearen Zusammenhang mit der wirklichen Beleuchtungsintensität des zu untersuchenden Werkstücks aufweist. Darüber hinaus weisen die zu untersuchenden Werkstücke unterschiedliche optische Eigenschaften, wie insbesondere Reflexionseigenschaften, auf, die sich ebenfalls auf die Erfassung durch die entsprechenden optischen Sensoren und Messsysteme auswirken.
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Entsprechend ist es bekannt, optische Sensoren und Messsysteme, wie beispielsweise optische Abstandssensoren oder Bildverarbeitungssensoren, zu kalibrieren, wozu diffuse Weißreflektoren bzw. Weißnormale oder Reflexionsstandards verwendet werden, die eine möglichst ideale diffuse Reflexion gemäß einem Lambertreflektor aufweisen sollen. Derartige Weißnormale oder Reflexionsstandards sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
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Allerdings weisen die bekannten diffusen Weißreflektoren oder Weißnormale bzw. Reflexionsstandards den Nachteil auf, dass sie für spezielle Einsatzzwecke gefertigt sind und ein flexibler Einsatz für unterschiedliche Einsatzzwecke entsprechend kaum möglich ist. Folglich ist der Aufwand, diffuse Weißreflektoren für bestimmte Einsatzzwecke bereitzustellen, häufig sehr hoch. Darüber hinaus können bekannte diffuse Weißreflektoren oder Reflexionsstandards nur schwer gereinigt oder repariert werden.
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Von der Fa. OptoPolymer, München, ist ein gleichnamiges optisch diffus reflektierendes Material auf Folie bekannt, wie dies einer im Mai 2018 im Internet veröffentlichten Broschüre zu entnehmen ist (URL: https://optopolymer.de/wpcontent/uploads/2018/05/OptoPolymer-de.pdf).
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen diffusen Weißreflektor bzw. ein Weißnormal oder einen Reflexionsstandard sowie die entsprechende Verwendung anzugeben, um die Probleme des Standes der Technik zu beseitigen oder abzumildern. Insbesondere soll ein erfindungsgemäßer, diffuser Weißreflektor möglichst variabel einsetzbar und an verschiedene Einsatzzwecke einfach anpassbar sein. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anwendung eines diffusen Weißreflektors zu vereinfachen.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen diffusen Weißreflektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des diffusen Weißreflektors mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, einen diffusen Weißreflektor für optische Messsysteme mit einer Oberfläche, die ein reflektierendes Material aufweist, welches Licht diffus reflektiert und insbesondere möglichst als Lambertreflektor funktioniert, so zu gestalten, dass der Weißreflektor einen Träger aufweist, auf dem eine Folie angeordnet ist, welche die Oberfläche mit dem reflektierenden Material für die diffuse Reflexion des Lichts bereitstellt. Durch die Ausgestaltung des diffusen Weißreflektors mit einem Träger und einer darauf angeordneten Folie, welche das diffus reflektierende Material aufweist, kann der diffuse Weißreflektor in einfacher Weise an unterschiedliche Aufgaben und Einsatzzwecke angepasst werden.
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Dies kann insbesondere dann erreicht werden, wenn die Folie austauschbar auf dem Träger angeordnet ist, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, wenn die Folie auf dem Träger aufgeklebt ist und die Folie insbesondere als selbstklebende Folie mit einer Klebeschicht ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Folie mit dem diffus reflektierenden Material in einfacher Weise von dem Träger abgezogen und durch eine andere Folie ersetzt werden, um die optischen Eigenschaften des diffusen Weißreflektors anzupassen.
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Entsprechend kann der diffuse Weißreflektor ein Set unterschiedlicher Folien umfassen, die beispielsweise unterschiedliche Reflexionsgrade aufweisen bzw. allgemein unterschiedlich reflektieren. Je nach Einsatzzweck kann die gewünschte Folie mit dem passenden reflektierenden Material und den entsprechenden Reflexionseigenschaften auf dem Träger aufgezogen werden.
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Das reflektierende Material kann als Beschichtung auf der Folie aufgebracht sein und zwar insbesondere auf der Seite, die der Seite mit der Klebeschicht gegenüberliegt.
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Das reflektierende Material kann Bariumsulfat und / oder ein Polymer umfassen und insbesondere kann die Beschichtung der Folie ein Polymer mit eingelagerten Bariumsulfat–Partikeln aufweisen, um die Reflexionseigenschaften bereitzustellen.
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Das reflektierende Material kann Licht in einem Wellenlängenspektrum von ultravioletter (UV) bis naher Infrarotstrahlung (NIR) reflektieren und zwar insbesondere mit einem Reflexionsgrad von größer oder gleich 80 %, insbesondere größer oder gleich 90 % und vorzugsweise größer oder gleich 95 %. Insbesondere kann das reflektierende Material der Folie Licht im Wellenlängenbereich von 250 - 2500 nm und insbesondere im Bereich von 300 - 1300 nm mit einem Reflexionsgrad von mehr als 90 % und insbesondere mehr als 95 % reflektieren.
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Mit einem derartigen diffus reflektierenden Material können diffuse Weißreflektoren bzw. entsprechende Folien hierfür mit unterschiedlichen Reflexionsgraden her– bzw. bereitgestellt werden. Die Reflexionsgrade können über die gesamte Breite der möglichen diffusen Reflexion eingestellt werden, also von nahezu keiner Reflexion bis hin zu der maximalen Reflexion, die das diffus reflektierende Material ermöglicht. Insbesondere können Reflexionsgrade von 1 % bis 80 % und mehr realisiert werden.
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Der diffuse Weißreflektor weist eine optische Markierung auf, die dazu genutzt werden kann, um mit einer entsprechenden optischen Anordnung oder einem Erfassungssystem die Fokussierung auf die entsprechende Oberfläche des diffusen Weißreflektor bzw. der Folie mit dem reflektierenden Material vorzunehmen. Mittels einer entsprechenden optischen Markierung kann insbesondere eine automatische Fokussierung mit einem Autofokus–System auf den diffusen Weißreflektor vorgenommen werden.
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Die optische Markierung hierzu kann am Rand oder in einer Ecke der Folie oder dem Träger angeordnet sein.
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Der Träger des diffusen Weißreflektors kann in jeder beliebigen, geeigneten Form und insbesondere in Platten– oder Scheibenform ausgebildet sein und insbesondere eine Vertiefung aufweisen, in der die Folie aufgenommen werden kann.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
- 1 eine perspektivische Ansicht eines diffusen Weißreflektors gemäß der Erfindung mit einem Satz Austauschfolien und einem Schutzdeckel,
- 2 einen Querschnitt durch den diffusen Weißreflektor aus 1 mit aufgesetztem Schutzdeckel,
- 3 eine Draufsicht auf den diffusen Weißreflektor aus den 1 und 2 und in
- 4 einen seitlichen Querschnitt durch eine Folie des diffusen Weißreflektors aus den 1 bis 3.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, diffusen Weißreflektors 1 in einer perspektivischen Darstellung. Der diffuse Weißreflektor 1 umfasst einen plattenförmigen Träger 2, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine quaderartige Form aufweist. Statt einer rechteckigen oder quaderförmigen Platte kann der Träger jedoch auch als runde Scheibe oder in anderen beliebigen Formen, wie beispielsweise als quadratische Platte oder mehreckige Platte, ausgebildet sein.
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Auf dem Träger 2 ist eine Folie 3 aufgeklebt, an deren Oberseite das reflektierende Material, wie beispielsweise Bariumsulfat oder ein Polymer mit Bariumsulfat–Partikeln oder dergleichen, aufgebracht ist. Ein Querschnitt durch eine Folie 3 ist in 4 gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Folie 3 ein Foliensubstrat 9 sowie eine darauf angeordnete Beschichtung 10 aus dem reflektierenden Material umfasst. An der Seite, die der Seite mit dem reflektierenden Material bzw. der Beschichtung 10 gegenüberliegt, ist eine Klebeschicht 11 ausgebildet, sodass die Folie 3 selbstklebend auf dem Träger 2 aufgebracht werden kann.
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Wie in der 1 dargestellt ist, können zu einem diffusen Weißreflektor 1 ein Satz von Folien 3a, 3b und 3c gehören, welche unterschiedliche Beschichtungen 10 aufweisen können, um unterschiedliche optische Eigenschaften, wie beispielsweise unterschiedliche Reflexionsgrade zu besitzen. Entsprechend können bei dem diffusen Weißreflektor 1 die entsprechenden Folien 3, 3a, 3b und 3c bei Bedarf ausgetauscht werden, um einen diffusen Weißreflektor bereitzustellen, der unterschiedliche Reflexionsgrade aufweist. So kann beispielsweise das reflektierende Material auf der Folie 3 so aufgebracht sein, dass die Folie 3 einen Reflexionsgrad von 95 % besitzt, während auf den Folien 3a, 3b und 3c das reflektierende Material so aufgebracht ist, dass die Folien 3a, 3b und 3c beispielsweise Reflexionsgrade im Bereich von 80 %, 75 % oder 30 % aufweisen. Durch die selbstklebende Ausbildung der Folien 3, 3a, 3b und 3c ist ein einfacher Austausch der Folien 3, 3a, 3b und 3c möglich.
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Entsprechend ist es auch möglich, immer wieder eine neue hergestellte Folie 3 zusammen mit dem Träger 2 des diffusen Weißreflektors 1 zu verwenden, um so beschädigte Folien 3 auszutauschen oder neuartige Folien mit anderen optischen Eigenschaften einsetzen zu können.
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Um die Folien 3, 3a, 3b und 3c in definierter Weise auf dem Träger 1 anordnen zu können, kann der quaderförmige bzw. plattenförmige Träger 1 eine Aussparung aufweisen, in der passend die entsprechende Folie 3 aufgenommen wird, wie sich aus der Querschnittsansicht der 2 ergibt. In der 2 ist zu sehen, dass die Folie 3 passend in der Aussparung des Trägers 2 angeordnet ist, sodass sich mit dem Rand des Trägers 1 und der Oberfläche der Folie 3 eine ebene, fluchtende Fläche ergibt.
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In 2 ist auch gezeigt, dass der ebenfalls in 1 dargestellte Schutzdeckel 7 so auf den Träger 2 des diffusen Weißreflektors 1 aufgesetzt werden kann, dass an den Ecken des Trägers 2 angeordnete Abstandshalter 6 in Kontakt mit Abstandshaltern 8 des Schutzdeckel 7 gelangen, sodass der Schutzdeckel 7 beabstandet zu der mit dem reflektierenden Material beschichteten Oberfläche der Folie 3 gelagert wird. Mit dem Schutzdeckel 7 können der diffuse Weißreflektor 1 und insbesondere die Folie 3 mit dem reflektierenden Material vor Verschmutzung und Umwelteinflüssen, wie beispielsweise UV–Strahlung, geschützt werden. An der Unterseite des Trägers 2 sind Standfüße 5 zur Lagerung des diffusen Weißreflektors 1 vorgesehen.
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Wie sich aus den 1 und 3 ergibt, ist an der Folie 3 in einem Eck der Folie 3 ein Marker 4 angeordnet, der eine optische Markierung darstellt, um es einem Abbildungs– bzw. Sensorsystem zu ermöglichen, die Abbildungs– bzw. Erfassungsoptik des Abbildungs– bzw. Sensorsystems auf die Oberflächenebene der Folie 3 zu fokussieren. Der Marker 4 ist insbesondere hilfreich für Autofokus–Systeme, bei denen entsprechende Optiken automatisiert auf die Oberflächenebene der Folie 3 fokussiert werden sollen.
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Die 5 zeigt eine optische Sensoreinheit 15 mit einem optischen Sensor 12 einer Beleuchtungseinrichtung 13, mit der der diffuse Weißreflektor 1 beleuchtet werden kann, sodass der optische Sensor 12 das diffuse reflektierte Licht des diffusen Weißreflektors 1 erfassen kann. Mithilfe des diffusen Weißreflektors 1 kann der optische Sensor 12 bei unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen der Beleuchtungseinrichtung 13 kalibriert werden, um so Werkstücke, die mit der optischen Sensoreinheit 15 erfasst werden sollen, korrekt erfassen zu können.
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Beispielsweise kann der diffuse Weißreflektor 1 zur Linearisierung der Beleuchtungseinstellung einer Beleuchtungseinrichtung 13 verwendet werden, wobei zu unterschiedlichen Beleuchtungseinstellungen der Beleuchtungseinrichtung 13 die Intensität des vom diffusen Weißreflektor 1 reflektierten Lichts erfasst werden kann und entsprechend dem Zusammenhang zwischen Beleuchtungseinstellung und erfasster Intensität eine Linearisierung der Beleuchtungsintensität vorgenommen werden kann.
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Ferner kann der diffuse Weißreflektor 1 beispielsweise bei einem optischen Sensor 12 in Form einer Farbkamera auch zum Weißabgleich eingesetzt werden.
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Die 6 zeigt ein Koordinatenmessgerät 20, bei welchem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Das Koordinatenmessgerät 20 umfasst eine Trägerstruktur mit einem verfahrbaren Portalträger 21 mit vier Säulen 26 und einem oberen Rahmen 27, in welchem wiederum verfahrbar ein Laufwagen 22 aufgenommen ist, an welchem eine optische Sensoreinrichtung 25 am unteren Ende einer vertikal verfahrbaren Pinole 28 über einen Adapter 29 angeordnet ist. Die optische Sensoreinrichtung 25 kann beispielsweise eine optische Sensoreinheit 15 sein, wie sie in 5 dargestellt ist. Die optische Sensoreinrichtung 25 kann beliebige optische Sensorelemente umfassen, wie Kameras, Abstandssensoren etc., mit welchen ein zu vermessendes Werkstück 23 erfasst werden kann. Neben dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Erfindung in weiteren Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden, die unterschiedlich aufgebaut sein können, z.B. lediglich zwei Säulen statt vier Säulen aufweisen können. Insbesondere kann die Pinole nicht nur vertikal verfahrbar sein, sondern auch horizontal oder in anderen Raumrichtungen. Auch für andere Typen von Koordinatenmessgeräten ist die vorliegende Erfindung einsetzbar.
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Der Portalträger 21 ist mit den Säulen 26 entlang einer Schienenanordnung mit Schienen 24 verfahrbar, wobei die Längserstreckung der Schienen 24 der X–Richtung entspricht, sodass die optische Sensoreinrichtung 25 durch ein Verfahren des Portalträgers 21 entlang der Schienen 24 in X–Richtung verstellt werden kann. Der Laufwagen 22 kann in dem Portalträger 21 in einer Richtung quer zur X–Richtung, nämlich der Y–Richtung verfahren werden, wobei zusätzlich eine Bewegung der optischen Sensoreinrichtung 25 mit der vertikal im Laufwagen 22 verfahrbaren Pinole 28 senkrecht zu der durch die X– und Y–Richtung aufgespannten Ebene möglich ist, sodass die optische Sensoreinrichtung 25 entlang der Koordinatenachsen X, Y und Z an jeden beliebigen Punkt im vom Koordinatenmessgerät 20 definierten Messvolumen bewegt werden kann.
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Anstatt des Werkstücks 23 kann im Messraum des Koordinatenmessgeräts 20 der diffuse Weißreflektor 1 angeordnet werden, um die optische Sensoreinrichtung 25 zu kalibrieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- diffuser Weißreflektor
- 2
- Träger
- 3
- Folie
- 4
- Marker
- 5
- Füße
- 6
- Abstandshalter
- 7
- Schutzdeckel
- 8
- Abstandshalter
- 9
- Foliensubstrat
- 10
- Beschichtung
- 11
- Klebeschicht
- 12
- optischer Sensor
- 13
- Beleuchtungseinrichtung
- 15
- optische Sensoreinheit
- 20
- Koordinatenmessgerät
- 21
- Portalträger
- 22
- Laufwagen
- 23
- Werkstück
- 24
- Schiene
- 25
- optische Sensoreinrichtung
- 26
- Säule
- 27
- oberer Rahmen
- 28
- Pinole
- 29
- Adapter
