DE102021133610A1

DE102021133610A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche eines Prüfkörpers und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021133610A1
Application number: DE102021133610.4A
Authority: DE
Inventors: Christian David Adler; Marcel Werner; Jakob Dobner
Original assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: Elkamet Kunststofftechnik GmbH
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023110573A1; EP4337941A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche eines Prüfkörpers (12), insbesondere auf der Oberfläche (16) einer transparenten Fahrzeugscheibe (14), mit einem Gehäuse (22) zur Begrenzung eines Innenraums (62), in welchem eine Lichtquelle (42) und ein Lichtsensor (40) angeordnet sind, wobei die Lichtquelle zur Beaufschlagung des Prüfkörpers mit einem Prüflicht dient und wobei der Lichtsensor zur Aufnahme von Emissionslicht dient, welches der Prüfkörper infolge der Beaufschlagung mit dem Prüflicht abgibt, wobei eine Sensorfläche (38) des Lichtsensors senkrecht zu einem optischen Lot (36) der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers ausrichtbar oder ausgerichtet ist, wobei relativ zu dem optischen Lot gemessene Lichteinfallswinkel (αmin,αmax) des Prüflichts auf den Prüfkörper und eine Positionierung der Lichtquelle und des Lichtsensors relativ zu der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers derart aufeinander abgestimmt sind, dass den Lichtsensor von der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers diffus reflektiertes Licht (54, 60) erreicht und dass den Lichtsensor von der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers gerichtet reflektiertes Licht (52, 58) nicht erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche eines Prüfkörpers, insbesondere auf der Oberfläche einer transparenten Fahrzeugscheibe, mit einem Gehäuse zur Begrenzung eines Innenraums, in welchem eine Lichtquelle und ein Lichtsensor angeordnet sind, wobei die Lichtquelle zur Beaufschlagung des Prüfkörpers mit einem Prüflicht dient und wobei der Lichtsensor zur Aufnahme von Emissionslicht dient, welches der Prüfkörper infolge der Beaufschlagung mit dem Prüflicht abgibt, wobei eine Sensorfläche des Lichtsensors senkrecht zu einem optischen Lot der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers ausrichtbar oder ausgerichtet ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 02/090952 A1 bekannt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche sich besonders gut zur Detektion von Oberflächendefekten einer transparenten Fahrzeugscheibe, insbesondere einer Windschutzscheibe, eignet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass relativ zu dem optischen Lot gemessene Lichteinfallswinkel des Prüflichts auf den Prüfkörper und eine Positionierung der Lichtquelle und des Lichtsensors relativ zu der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers derart aufeinander abgestimmt sind, dass den Lichtsensor von der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers diffus reflektiertes Licht erreicht und dass den Lichtsensor von der zu prüfenden Oberfläche des Prüfkörpers gerichtet reflektiertes Licht nicht erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch Abstimmung der Lichteinfallswinkel des Prüflichts und der Positionierung der Lichtquelle und des Lichtsensors relativ zu der zu prüfenden Oberfläche eine Anordnung bereitgestellt, bei welcher das von dem Prüfkörper infolge der Beaufschlagung mit dem Prüflicht abgegebene Emissionslicht sowohl diffus reflektierte Lichtanteile („Streulicht“) als auch gerichtet reflektierte Lichtanteile aufweisen kann, wobei aber der gerichtet reflektierte Lichtanteil den Lichtsensor nicht erreicht. Dies bedeutet, dass den Lichtsensor ausschließlich diffus reflektiertes Licht erreicht und somit ein Lichtanteil, dessen Entstehung auf Oberflächendefekten der Oberfläche des Prüfkörpers beruht. Üblicherweise sind Prüfkörper, insbesondere Fahrzeugscheiben, in einem Neuzustand beschädigungsfrei, sodass bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dessen Lichtsensor idealerweise kein diffus reflektiertes Licht erfasst. Anders ausgedrückt: Bei einer zumindest im Wesentlichen beschädigungsfreien Oberfläche eines Prüfkörpers entsteht bei Beaufschlagung des Prüfkörpers mit einem Prüflicht lediglich Emissionslicht, das zumindest annähernd vollständig gerichtet reflektiertem Licht entspricht.
Geeignete Lichteinfallswinkel können insbesondere dann bereitgestellt werden, wenn die Lichtquelle entlang des optischen Lots gesehen zwischen dem Lichtsensor und der zu prüfenden Oberfläche angeordnet ist.
Zur Einstellung geeigneter Lichteinfallswinkel kann ein Abstand der Lichtquelle von der zu prüfenden Oberfläche innerhalb eines Einstellbereichs einstellbar sein, bspw. mittels einer Einstelleinrichtung, welche eine Position der Lichtquelle verändert, vorzugsweise entlang einer Einstellachse, die insbesondere parallel zu dem optischen Lot orientiert ist.
Es ist möglich, dass das gerichtet reflektierte Licht zu dem Lichtsensor räumlich versetzt auf eine Begrenzung des Innenraums des Gehäuses trifft. Es ist aber auch möglich, dass zwischen dem Prüfkörper und dem Lichtsensor mindestens eine Absorptionsblende zum Ausblenden von gerichtet reflektiertem Licht angeordnet ist. Dies ermöglicht es, unerwünschte Lichteinflüsse in einer räumlichen Umgebung des Lichtsensors zu minimieren.
Vorzugsweise ist die Absorptionsblende entlang des optischen Lots gesehen zwischen der Lichtquelle und dem Lichtsensor angeordnet und somit in einem räumlichen Bereich, der vorzugsweise frei oder im Wesentlichen frei von Prüflicht ist und der zumindest im Wesentlichen zum Durchtritt von Emissionslicht dient.
Die Absorptionsblende weist vorzugsweise eine Lichtdurchtrittsöffnung auf, welche einen Durchtritt von diffus reflektiertem Licht in Richtung auf den Lichtsensor ermöglicht. Dabei ist optional vorgesehen, dass innerhalb der Lichtdurchtrittsöffnung eine Linse angeordnet ist, welche eine Fokussierung des diffus reflektierten Lichts auf eine Sensorfläche des Lichtsensors ermöglicht oder welche einen Abschnitt der zu prüfenden Oberfläche auf der Sensorfläche abbildet.
Für eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des Abschnitts der zu prüfenden Oberfläche wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle mindestens drei Lichtemissionspunkte aufweist, welche in einer Ebene senkrecht zu dem optischen Lot und um das optische Lot herum verteilt angeordnet sind, insbesondere regelmäßig verteilt angeordnet sind. Dies ermöglicht die Beaufschlagung des Abschnitts der zu prüfenden Oberfläche mit Prüflicht aus unterschiedlichen Raumrichtungen, jedoch mit vorzugsweise jeweils identischen Lichteinfallswinkeln.
Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Lichtemissionspunkte der Lichtquelle eine Ringanordnung bilden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Lichtquelle mindestens zehn, vorzugsweise mindestens zwanzig, insbesondere mindestens dreißig Lichtemissionspunkte aufweist, welche ringförmig verteilt um das optische Lot herum angeordnet sind. Eine solche Vielzahl von Lichtemissionspunkten ermöglicht eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung eines zu prüfenden Oberflächenabschnitts.
Es ist möglich, dass die Lichtquelle oder die Lichtemissionspunkte der Lichtquelle eine definierte Lichtabstrahlrichtung aufweisen, um (nur) einen räumlich begrenzten Abschnitt der zu prüfenden Oberfläche mit Prüflicht zu beaufschlagen. Für eine gleichmäßige Ausleuchtung eines Abschnitts der zu prüfenden Oberfläche ist es jedoch bevorzugt, dass entlang des optischen Lots gesehen zwischen der Lichtquelle und dem Prüfkörper eine Lichteinfallsblende angeordnet ist, wobei die Lichteinfallsblende eine Blendenöffnung aufweist, welche von einer umfangsseitig geschlossenen Blendenbegrenzung begrenzt ist. Dies ermöglicht eine Ausleuchtung einer größeren Fläche, welche sich räumlich über den Abschnitt der zu prüfenden Oberfläche hinaus erstrecken kann und auch die Blendenbegrenzung einschließen kann, wobei aber in dem auf diese Weise beleuchteten Abschnitt der zu prüfenden Oberfläche eine besonders homogene Lichtverteilung ermöglicht wird.
Zur Einstellung der ausgeleuchteten Fläche und/oder zur Einstellung geeigneter Lichteinfallswinkel kann die Blendenbegrenzung der Lichteinfallsblende verstellbar sein, so dass eine Größe, etwa ein Durchmesser, der Blendenöffnung einstellbar ist.
Eine besonders gut zur Erfassung von Streulicht geeignete Anordnung ergibt sich, wenn die Lichtemissionspunkte der Lichtquelle radial außerhalb eines geraden, prismenförmigen Raums angeordnet sind, wobei die Blendenöffnung eine Grundfläche des prismenförmigen Raums bildet und wobei die Blendenbegrenzung bei gedachter Parallelverschiebung entlang des optischen Lots die Mantelfläche des prismenförmigen Raums bildet. Auf diese Weise kann auch besonders einfach verhindert werden, dass gerichtet reflektiertes Licht den Lichtsensor erreicht.
Bevorzugte Lichteinfallswinkel betragen maximal ca. 20°, insbesondere maximal ca. 18°. Bevorzugte kleinste Lichteinfallswinkel betragen mindestens ca. 5°, insbesondere mindestens ca. 6°.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Vorrichtung eine handgeführte Vorrichtung ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Gehäuse eine sich parallel zu dem optischen Lot erstreckende Begrenzung aufweist, welche beispielsweise zylindrisch ist und einen maximalen Außendurchmesser von beispielsweise 15 cm aufweist. Dies ermöglicht es, das Gehäuse von außen mit der Hand zu ergreifen und auf eine zu prüfende Oberfläche aufzustellen, insbesondere in einem Bereich, in welchem die Oberfläche des Prüfkörpers beschädigt ist, beispielsweise durch Steinschlag.
Es ist ferner bevorzugt, wenn die Vorrichtung eine Auswerteeinheit zur Auswertung des von dem Lichtsensor erfassten diffus reflektierten Lichts umfasst. Im einfachsten Fall kann der Lichtsensor eine Menge diffus reflektierten Lichts erfassen, beispielsweise mittels Integration über einen vorgegebenen Zeitraum. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform ist ein vorzugsweise auf eine Intensität des Prüflichts bezogener Grenzwert für eine von dem Lichtsensor zu erfassende Lichtmenge vorgegeben; bei Überschreitung des Grenzwerts kann eine Klassifizierung des Prüfkörpers erfolgen, welche mit der Bewertung des Prüfkörpers als „defekt“ korrespondiert. Für das Beispiel einer Fahrzeugscheibe kann eine Bewertung als „defekt“ mit einer Empfehlung zur weitergehenden Prüfung oder zum Austausch der Fahrzeugscheibe verknüpft sein.
Zur Minimierung von Fremdlichteinflüssen kann die von dem Lichtsensor ermittelte Lichtmenge um eine Referenzlichtmenge korrigiert werden, die der Sensor unter ansonsten identischen Bedingungen, jedoch ohne Beaufschlagung der zu prüfenden Oberfläche mit Prüflicht, erfasst.
Es ist ferner möglich, dass der Lichtsensor ein Bildsensor ist. Auf diese Weise kann ein Abbild eines Abschnitts der zu prüfenden Oberfläche erfasst werden, verbunden mit einer grafischen Auswertung des Abbilds eines Abschnitts der zu prüfenden Oberfläche.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung, welche einen Lichtsensor in Form eines Bildsensors umfasst, wird ein erstes Streulichtabbild mittels des Bildsensors erstellt. Die Erstellung des ersten Streulichtabbilds kann einen Korrekturschritt umfassen, bei welchem ein unter ansonsten identischen Bedingungen - jedoch ohne Beaufschlagung der zu prüfenden Oberfläche mit Prüflicht - erstelltes Referenzabbild von einem unter Beaufschlagung mit Prüflicht erfassten Abbild abgezogen wird. Dadurch können Fremdlichteinflüsse und/oder andere Fehlereinflüsse minimiert werden.
Ferner wird rechnerisch ein verändertes Streulichtabbild auf Basis des ersten Streulichtabbilds erstellt, wobei anschließend das erste Streulichtabbild und das veränderte Streulichtabbild subtraktiv überlagert werden.
Bei der Erstellung des veränderten Streulichtabbilds können beispielsweise Bildelemente zumindest teilweise entfernt werden, welche durch diffus reflektiertes Licht an der zu prüfenden Oberfläche bedingt sind. Die subtraktive Überlagerung eines solchen veränderten Streulichtabbilds mit dem ersten Streulichtabbild ermöglicht es, ein Abbild des geprüften Abschnitts der Oberfläche zu generieren, das ausschließlich oder zumindest weitestgehend ausschließlich Bildanteile enthält, welche mit Oberflächendefekten korrelieren, welche ursächlich waren für die Emission von diffus reflektiertem Licht.
Es ist beispielsweise möglich, dass die Erstellung des veränderten Streulichtabbilds mit einem Medianfilter durchgeführt wird und dass das veränderte Streulichtabbild von hochfrequenten Bildanteilen befreit ist. Unter hochfrequenten Bildanteilen werden jene Bildanteile verstanden, in denen Intensitätswerte zueinander benachbarter Bildpunkte oder Pixel sich über eine Mindestdifferenz oder einen Mindestfaktor hinausgehend voneinander unterscheiden.
Es ist ferner möglich, dass das erste Streulichtabbild einen ersten Bildbereich und einen zweiten Bildbereich aufweist, wobei der erste Bildbereich einem ersten Oberflächenabschnitt der zu prüfenden Oberfläche zugeordnet ist, wobei der zweite Bildbereich einem zweiten Oberflächenabschnitt der zu prüfenden Oberfläche zugeordnet ist, wobei die Oberflächenabschnitte unterschiedlich stark beleuchtet sind und wobei Intensitäten der Bildbereiche zum Ausgleich der unterschiedlichen Beleuchtungsstärken der Oberflächenabschnitte aneinander angeglichen werden. Ein solches Angleichen kann beispielsweise durch rechnerische Verstärkung eines Bildbereichs erfolgen, der einem schwächer beleuchteten Oberflächenabschnitt zugeordnet ist.
Es ist außerdem möglich, dass die Lichtquelle oder deren Prüflicht modulierbar ist und/oder dass zwischen der Lichtquelle und der zu prüfenden Oberfläche ein Modulator angeordnet ist, beispielsweise ein mechanischer „Chopper“, mit welchem von der Lichtquelle abgegebenes Prüflicht in seiner Intensität beispielsweise annähernd rechteckig zwischen 0% und 100% moduliert werden kann. Alternativ kann zur Intensitätsmodulation auch ein elektrooptischer oder akustooptischer Modulator eingesetzt werden. Auch eine unmittelbare Modulation der Lichtquelle, etwa durch Modulation der Betriebsspannung und/oder des Betriebsstroms ist möglich. Die vorstehend genannten Maßnahmen ermöglichen es jeweils, dem Prüflicht eine Charakteristik, insbesondere eine Frequenz und eine Phase, aufzuprägen, wodurch eine frequenz- und phasenabhängige Detektion des an der zu prüfenden Oberfläche diffus reflektierten Lichts durch den Lichtsensor ermöglicht wird. Hierdurch lassen sich Einflüsse durch Fremdlicht (beispielsweise durch eine Umgebungsbeleuchtung oder - bei Verwendung der Vorrichtung zur Prüfung einer Fahrzeugscheibe im eingebauten Zustand - durch Lichtquellen innerhalb des Fahrzeugs) eliminieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche eines Prüfkörpers;
2 eine der 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
3 eine der 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform;
4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; und
5 eine perspektivische Ansicht einer Lichtquelle zur Verwendung bei einer Vorrichtung nach einer der 1 bis 4.

Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche eines Prüfkörpers ist in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Bei einem Prüfkörper 12 handelt es sich vorzugsweise um eine transparente Fahrzeugscheibe 14 mit einer zu prüfenden Oberfläche 16, welche insbesondere einer Außenseite der Fahrzeugscheibe 14 entspricht. Bei der Fahrzeugscheibe 14 handelt es sich insbesondere um eine Windschutzscheibe, deren Außenseite bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug im Vergleich zu einer Innenseite 18 einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt ist, beispielsweise durch Steinschlag oder Wischblattabrieb.
In 1 ist die Fahrzeugscheibe 14 nur abschnittsweise dargestellt. Bei einem Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 kann es sich insbesondere um einen Abschnitt der Fahrzeugscheibe 14 handeln, der Sensoren oder Kameras von Fahrzeugassistenzsystemen zugeordnet ist. Ein solcher Abschnitt befindet sich beispielsweise in einem in Einbaulage einer Windschutzscheibe oberen und fahrzeugmittigen Bereich, in welchem innenseitig üblicherweise ein Rückspiegel angeordnet ist. Der Abschnitt 20 kann auch einen Teilbereich eines Sichtbereichs darstellen, durch welchen ein Fahrzeugführer die Umgebung des Fahrzeugs wahrnimmt.
Bei dem Abschnitt 20 handelt es sich insbesondere um einen kreisförmigen Abschnitt mit einem Durchmesser von beispielsweise 2 cm bis 6 cm.
Die Vorrichtung 10 weist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnetes Gehäuse auf, welches sich aus einer insbesondere zylindrischen Seitenwand 24, einem insbesondere kreisscheibenförmigen Deckelabschnitt 26 und einem insbesondere ringscheibenförmigen Bodenabschnitt 28 zusammensetzt.
Ein Durchmesser der Seitenwand 24 beträgt vorzugsweise maximal 15 cm; eine sich zwischen dem Deckelabschnitt 26 und dem Bodenabschnitt 28 erstreckende Höhe der Seitenwand 24 beträgt beispielsweise zwischen ca. 10 cm und ca. 35 cm. Die vorstehend genannten Maße ermöglichen es, das Gehäuse 22 manuell zu führen und auf den Prüfkörper 12 aufzusetzen und über die zu prüfende Oberfläche 16 hinweg zu bewegen, sodass unterschiedliche Abschnitte 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 geprüft werden können, wobei die Vorrichtung manuell geführt werden kann.
Die Vorrichtung 10 weist an ihrer Unterseite und benachbart zu dem Bodenabschnitt 28 Auflagen 30 aus einem Kunststoff- oder Elastomermaterial auf, welche eine schonende Auflage der Vorrichtung 10 auf der zu prüfenden Oberfläche 16, aber gleichzeitig auch eine definierte Ausrichtung der Vorrichtung 10 relativ zu der zu prüfenden Oberfläche 16 ermöglichen. Die Auflagen 30 oder Füße sind vorzugsweise entlang eines Umfangs ringförmig verteilt angeordnet; es ist auch möglich, dass nur eine, insgesamt ringförmig geschlossene, Auflage 30 vorgesehen ist.
Der ringscheibenförmige Bodenabschnitt 28 bildet eine Lichteinfallsblende 32, welche sich bei Auflage der Vorrichtung 10 auf der zu prüfenden Oberfläche 16 parallel zu dem Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 erstreckt; eine insbesondere kreisförmige Blendenöffnung 34, welche von der Lichteinfallsblende 32 begrenzt ist, ist ebenfalls parallel zu dem Abschnitt 20 orientiert.
Ein optisches Lot 36 des Abschnitts 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 bildet eine Normale zu der zu prüfenden Oberfläche 16. Eine Sensorfläche 38 eines Lichtsensors 40 ist senkrecht zu dem optischen Lot 36 ausgerichtet. Der Lichtsensor 40 ist zu der zu prüfenden Oberfläche 16 beabstandet angeordnet und vorzugsweise benachbart zu dem Deckelabschnitt 26 angeordnet.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Lichtquelle 42, welche auch in 5 dargestellt ist. Die Lichtquelle 42 weist eine Vielzahl von Lichtemissionspunkten auf, welche in 5 beispielhaft mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet sind. Die Lichtemissionspunkte 44 erstrecken sich innerhalb einer Ebene 46, vergleiche 1, welche senkrecht zu dem optischen Lot 36 ausgerichtet ist. Die Lichtemissionspunkte 44 sind um das optische Lot 36 herum verteilt angeordnet, vorzugsweise regelmäßig verteilt angeordnet, sodass der Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 im Wesentlichen homogen und schattenfrei ausgeleuchtet werden kann.
Die Lichtquelle 42 ist entlang des optischen Lots 36 gesehen zwischen dem Lichtsensor 40 und der zu prüfenden Oberfläche 16 angeordnet. Es ist abweichend von der zeichnerischen Darstellung möglich, dass die Lichtquelle 42 zu der zu prüfenden Oberfläche 16 weiter beabstandet ist als zu dem Lichtsensor 40.
Die Lichtemissionspunkte 44 der Lichtquelle 42 sind entlang einer gedachten Kreislinie verteilt angeordnet, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser einer kreisförmigen Blendenbegrenzung 48 der Lichteinfallsblende 32.
Die Lichtquelle 42 gibt Prüflicht nicht nur in Richtung auf den Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 ab, sondern nach radial außen auch über die Blendenöffnung 34 hinaus. Prüflicht, das nicht auf den Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberflächen 16 trifft, wird von den Innenseiten der Abschnitte 28, 24 und 26 des Gehäuses 22 absorbiert, beispielsweise unter Verwendung einer mattschwarzen Beschichtung.
In 1 sind beispielhaft Lichtstrahlen dargestellt, welche mit einem minimalen Lichteinfallswinkel α_min und mit einem maximalen Lichteinfallswinkel α_maX korrelieren. Die Lichteinfallswinkel werden jeweils bezogen auf das optische Lot 36 gemessen.
Ein erster beispielhaft dargestellter Lichtstrahl 50 trifft mit einem minimalen Lichteinfallswinkel α_min von beispielsweise 7° auf die zu prüfende Oberfläche 16 und wird mit einem ersten Lichtanteil gerichtet reflektiert, wobei ein ebenfalls auf das optische Lot 36 bezogener Lichtausfallswinkel β_min betragsmäßig gleich dem minimalen Lichteinfallswinkel α_min ist. Der gerichtet reflektierte Lichtstrahl 52 ist Teil des von dem Prüfkörper 12 infolge der Beaufschlagung mit Prüflicht abgegebenen Emissionslichts. Der Lichtstrahl 52 trifft nicht auf die Sensorfläche 38 des Lichtsensors 40, sondern trifft auf eine Innenseite des Deckelabschnitts 26.
Ein zweiter Teil des Emissionslichts ist durch diffus reflektiertes Licht gebildet, das in 1 beispielhaft mit einem Lichtstrahl 54 angedeutet ist. Dieses diffus reflektierte Licht ist bedingt durch Bestrahlung mit dem Lichtstrahl 50 und durch Oberflächendefekte der zu prüfenden Oberfläche 16. Das diffus reflektierte Licht 54 trifft auf die Sensorfläche 38 des Lichtsensors 40.
In 1 ist beispielhaft ein weiterer Lichtstrahl 56 dargestellt, welcher einem maximalen Lichteinfallswinkel α_maX zugeordnet ist. Dieser Winkel beträgt beispielsweise 16°. Ein von der zu prüfenden Oberfläche 16 gerichtet reflektierter Lichtstrahl 58 trifft auf eine - der zu prüfenden Oberfläche zugewandte - Unterseite der Lichteinfallsblende 32, welche durch den Bodenabschnitt 28 des Gehäuses 22 gebildet ist. Auch der Lichtstrahl 58 erreicht den Lichtsensor 40 nicht.
In 1 ist beispielhaft ein weiterer Lichtstrahl 60 angedeutet, welcher als diffus reflektiertes Licht infolge der Beaufschlagung der zu prüfenden Oberfläche 16 mit dem Lichtstrahl 56 entsteht und auf die Sensorfläche 38 des Lichtsensors 40 trifft.
Zumindest der Lichtsensor 40 und die Lichtquelle 42 sind in einem Innenraum 62 des Gehäuses 22 angeordnet.
In 2 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, deren Aufbau im Vergleich zu der Vorrichtung 10 gemäß 1 mit nachfolgend beschriebenen Zusatzelementen ergänzt ist.
In dem Innenraum 62 ist benachbart zu dem ringscheibenförmigen Bodenabschnitt 28 des Gehäuses 22 eine separate Lichteinfallsblende 32 angeordnet, welche mit einer umfangsseitig geschlossenen, kreisförmigen Blendenbegrenzung 48 eine kreisscheibenförmige Blendenöffnung 34 begrenzt. Die Blendenbegrenzung 32 kann verstellbar sein, so dass eine Größe der Blendenöffnung 34 einstellbar ist.
Bei dem Lichtsensor 40 der Vorrichtung 10 gemäß 2 handelt es sich um einen Bildsensor, dessen Sensorfläche 38 parallel zu der zu prüfenden Oberfläche 16 des Prüfkörpers 16 ausgerichtet ist.
In einem Teilbereich des Innenraums 62 des Gehäuses 22, welcher sich entlang des optischen Lots 36 gesehen zwischen der Lichtquelle 42 und dem Lichtsensor 40 erstreckt, ist eine Absorptionsblende 64 angeordnet, welche sich in einer Ebene 66 erstreckt, die senkrecht zu dem optischen Lot 36 orientiert ist.
Die Absorptionsblende 64 weist eine insbesondere kreisförmige Lichtdurchtrittsöffnung 68 auf. Die Lichtdurchtrittsöffnung 68 dient zum Durchtritt von diffus reflektiertem Licht 54 und 60 von dem Prüfkörper 12 in Richtung auf den Lichtsensor 40.
Die Absorptionsblende 64 dient dazu, gerichtet reflektiertes Licht 52 auszublenden, sodass gerichtet reflektiertes Licht 52 bereits vor Erreichen des Deckelabschnitts 26 des Gehäuses 22 ausgeblendet wird.
In der Lichtdurchtrittsöffnung 68 ist optional eine Linse 70 angeordnet, welche diffus reflektiertes Licht 54, 60 auf die Sensorfläche 38 des Lichtsensors 40 fokussiert oder welche den Abschnitt 20 der zu prüfenden Oberfläche 16 auf die Sensorfläche 38 abbildet.
Eine in 3 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung 10 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 gemäß 2 dadurch, dass die Absorptionsblende 64 unmittelbar benachbart zu der Lichtquelle 42 angeordnet ist. In der Lichtdurchtrittsöffnung 68 ist keine Linse angeordnet.
Ferner umfasst die Vorrichtung 10 gemäß 3 eine zusätzliche Lichtquelle 72, welche bezogen auf das optische Lot 36 zwischen der Lichtquelle 42 und der zu prüfenden Oberfläche 16 des Prüfkörpers 12 angeordnet ist.
Die zusätzliche Lichtquelle 72 erstreckt sich innerhalb einer Ebene 74, welche senkrecht zu dem optischen Lot 36 ausgerichtet ist. Die zusätzliche Lichtquelle 72 weist einen zu der Lichtquelle 42 (vergleiche 5) vergleichbaren Aufbau auf; es ist aber möglich, dass die Lichtemissionspunkte 44 der zusätzlichen Lichtquelle 72 über einen größeren oder kleineren Durchmesser verteilt angeordnet sind als die Lichtemissionspunkte 44 der Lichtquelle 42.
Die zusätzliche Lichtquelle 72 ermöglicht eine besonders gute Ausleuchtung des Abschnitts 20 des Prüfkörpers 12.
In 4 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, deren Aufbau mit dem Aufbau der Vorrichtung 10 gemäß 2 korreliert. Zusätzlich ist eine Auswerteeinheit 78 vorgesehen, welche zur Auswertung des von dem Lichtsensor 40 erfassten diffus reflektierten Lichts dient. Die Auswerteeinheit 78 kann auch Teil einer externen Recheneinheit sein, mit welcher der Lichtsensor 40 drahtgebunden oder drahtlos kommuniziert.
In 4 ist außerdem ein Trägerelement 76 zur Befestigung des Lichtsensors 40 sowie ein Trägerelement 80 zur Befestigung der Lichtquelle 42 dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 02/090952 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zur Erfassung von Oberflächendefekten auf einer Oberfläche (16) eines Prüfkörpers (12), insbesondere auf der Oberfläche (16) einer transparenten Fahrzeugscheibe (14), mit einem Gehäuse (22) zur Begrenzung eines Innenraums (62), in welchem eine Lichtquelle (42) und ein Lichtsensor (40) angeordnet sind, wobei die Lichtquelle (42) zur Beaufschlagung des Prüfkörpers (12) mit einem Prüflicht dient und wobei der Lichtsensor (40) zur Aufnahme von Emissionslicht dient, welches der Prüfkörper (12) infolge der Beaufschlagung mit dem Prüflicht abgibt, wobei eine Sensorfläche (38) des Lichtsensors (40) senkrecht zu einem optischen Lot (36) der zu prüfenden Oberfläche (16) des Prüfkörpers (12) ausrichtbar oder ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass relativ zu dem optischen Lot (36) gemessene Lichteinfallswinkel (α_min, α_max) des Prüflichts auf den Prüfkörper (12) und eine Positionierung der Lichtquelle (42) und des Lichtsensors (40) relativ zu der zu prüfenden Oberfläche (16) des Prüfkörpers (12) derart aufeinander abgestimmt sind, dass den Lichtsensor (40) von der zu prüfenden Oberfläche (16) des Prüfkörpers (12) diffus reflektiertes Licht (54, 60) erreicht und dass den Lichtsensor (40) von der zu prüfenden Oberfläche (16) des Prüfkörpers (12) gerichtet reflektiertes Licht (52, 58) nicht erreicht.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (42) entlang des optischen Lots (36) gesehen zwischen dem Lichtsensor (40) und der zu prüfenden Oberfläche (16) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Prüfkörper (12) und dem Lichtsensor (40) mindestens eine Absorptionsblende (64) zum Ausblenden von gerichtet reflektiertem Licht (52, 58) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsblende (64) entlang des optischen Lots (36) gesehen zwischen der Lichtquelle (42) und dem Lichtsensor (40) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsblende (64) eine Lichtdurchtrittsöffnung (68) aufweist, in welcher optional eine Linse (70) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (42) mindestens drei Lichtemissionspunkte (44) aufweist, welche in einer Ebene (46) senkrecht zu dem optischen Lot (36) und um das optische Lot (36) herum verteilt angeordnet sind, insbesondere regelmäßig verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionspunkte (44) der Lichtquelle (42) eine Ringanordnung bilden.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des optischen Lots (36) gesehen zwischen der Lichtquelle (42) und dem Prüfkörper (12) eine Lichteinfallsblende (32) angeordnet ist, wobei die Lichteinfallsblende (32) eine Blendenöffnung (34) aufweist, welche von einer umfangsseitig geschlossenen Blendenbegrenzung (48) begrenzt ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8 bei Rückbezug auf Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionspunkte (44) der Lichtquelle (42) radial außerhalb eines geraden, prismenförmigen Raums angeordnet sind, wobei die Blendenöffnung (34) eine Grundfläche des prismenförmigen Raums bildet und wobei die Blendenbegrenzung (48) bei gedachter Parallelverschiebung entlang des optischen Lots (36) die Mantelfläche des prismenförmigen Raums bildet.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallswinkel (α_max) maximal ca. 20° beträgt und/oder dass der Lichteinfallswinkel (α_min) minimal ca. 5° beträgt.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine handgeführte Vorrichtung (10) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Auswerteeinheit (78) zur Auswertung des von dem Lichtsensor (40) erfassten diffus reflektierten Lichts (54, 60) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (40) ein Bildsensor ist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (10) nach Anspruch 13 bei Rückbezug auf Anspruch 12, gekennzeichnet durch die Erstellung eines ersten Streulichtabbilds mittels des Bildsensors, durch die rechnerische Erstellung eines veränderten Streulichtabbilds auf Basis des ersten Streulichtabbilds und durch subtraktive Überlagerung des ersten Streulichtabbilds und des veränderten Streulichtabbilds.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung des veränderten Streulichtabbilds mit einer zumindest teilweisen Entfernung von Bildelementen einhergeht, welche durch diffus reflektiertes Licht an der zu prüfenden Oberfläche bedingt sind.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung des veränderten Streulichtabbilds mit einem Medianfilter durchgeführt wird und dass das veränderte Streulichtabbild von hochfrequenten Bildanteilen befreit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Streulichtabbild einen ersten Bildbereich und einen zweiten Bildbereich aufweist, wobei der erste Bildbereich einem ersten Oberflächenabschnitt der zu prüfenden Oberfläche (16) zugeordnet ist, wobei der zweite Bildbereich einem zweiten Oberflächenabschnitt der zu prüfenden Oberfläche (16) zugeordnet ist, wobei die Oberflächenabschnitte unterschiedlich stark beleuchtet sind und wobei Intensitäten der Bildbereiche zum Ausgleich der unterschiedlichen Beleuchtungsstärken der Oberflächenabschnitte aneinander angeglichen werden.