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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Boroskopinspektion von technischen Geräten.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, zur Inspektion von technischen Geräten in Bereichen, die nicht unmittelbar einsehbar sind, auf Boroskope zurückzugreifen. Die Boroskope können mit ihrem Schaft, der starr oder flexibel ausgebildet sein kann, durch kleine Öffnungen in die fraglichen Bereiche eingeführt werden und bieten entweder unmittelbar über eine Optik oder aber durch Anzeige eines durch geeignete Sensorik an der Boroskopspitze aufgenommenen Videobildes - auch Video-Boroskop genannt - Einblick in ansonsten nicht einsehbare Bereiche. Auch können an der Boroskopspitze mehrere Optiken und/oder Sensoriken vorgesehen sein, um Bilder in unterschiedlichen Spektren oder in unterschiedlicher Richtung aufzunehmen. Auch ist die Erfassung von 3-D-Daten möglich, bspw. mithilfe von Triangulationsverfahren auf Basis gleichzeitig aufgenommener, sich überlappender Bilder zweier voneinander beabstandeter Bildsensoren.
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Da die per Boroskop zu inspizierende Bereiche von technischen Geräten regelmäßig dunkel sind, ist es bekannt, an der Boroskopspitze eine Beleuchtung vorzusehen, mit der zumindest der Bildbereich der Optik und/oder Sensorik beleuchtet wird. Dabei erfolgt in der Regel eine Beleuchtung mit sichtbarem Licht; es ist aber - bei geeigneter Sensorik - auch möglich, dass bspw. eine Beleuchtung im Infrarotbereich erfolgt.
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Insbesondere wenn in den zu inspizierenden Bereichen eines technischen Gerätes polierte Oberflächen vorhanden sind - wie bspw. der vordere Bereich von Rotorschaufeln des Nieder- und des Hochdruckverdichters von Flugzeugtriebwerken - kommt es häufig zu störenden Lichtreflexionen aufgrund der Beleuchtung. Die Lichtreflexionen resultieren bei einer bspw. digitalen Bilderfassung in Bereichen mit sehr hoher Helligkeit, in denen eine Bild- bzw. Datenauswertung häufig nicht mehr möglich ist.
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Um diese Störeffekte abzumildern, können die Helligkeit und der Kontrast bei der digitalen Bilderfassung reduziert werden. Allerdings reduziert sich dadurch auch die Informationstiefe der aufgenommenen Bilder, sodass kleinere Fehlstellen in dem inspizierten Bereich ggf. nicht oder zumindest nicht sicher erkannt werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Boroskopinspektion von technischen Geräten, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für die Boroskopinspektion von technischen Geräten umfassend einen an einem Schaft anordenbaren Boroskopkopf mit wenigstens einem Boroskopobjektiv und einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei eine Längsachse des Boroskopkopfes im an einem Schaft angeordneten Zustand mit der Achse des Schafts zusammenfällt, und wobei die Beleuchtungsvorrichtung wenigstens eine Beleuchtungseinheit mit einer Mehrzahl von über den Umfang um die Längsachse des Boroskopkopfes verteilten Beleuchtungselementen zur Beleuchtung der Umgebung des Boroskopkopfes aufweist, wobei wenigstens ein Beleuchtungselement unabhängig von den übrigen Beleuchtungselementen zur Schaffung unterschiedlicher Beleuchtungsszenarien steuerbar ist.
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Zunächst werden einige in Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Begriffe erläutert:
- Bei der „Boroskopoptik“ handelt es sich um diejenige Einheit(en) in einem Boroskopkopf, die letztendlich den Aufnahmebereich des Boroskops zumindest mitbestimmen. Dabei ist unerheblich, ob über die Boroskopoptik eine 2D-Bilderfassung im sichtbaren Bereich, Aufnahmen im nicht-sichtbaren Bereich (bspw. Infrarotbereich) und/oder die Erfassung von 3-D-Daten, bspw. per Triangulation, erfolgen. Bei einem rein optischen Boroskop entspricht eine Boroskopoptik bspw. einem Boroskopobjektiv oder die Eintrittsfläche eines Lichtleiters, welche jeweils einen Aufnahmekegel definieren; bei einem Video-Boroskop umfasst eine Boroskopoptik einen Bilderfassungssensor, der ebenfalls einen Aufnahmekegel definiert.
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Ist nur eine Boroskopoptik vorgesehen, entspricht der „Aufnahmebereich des Boroskops“ in der Regel deren Aufnahmekegel. Sind mehrere Boroskopoptiken vorgesehen, kann sich der Aufnahmebereich aus der Summe der Aufnahmekegel und/oder durch den Überlappungsbereich einzelner Aufnahmekegel (bspw. zur Triangulation) ergeben.
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Bei einem „Boroskopkopf“ handelt es sich um denjenigen Teil - in der Regel am freien Ende - eines Boroskops, an dem die Boroskopoptik(en) angeordnet sind. Der Boroskopkopf kann zur Bildung eines Boroskops grundsätzlich auf einem starren oder flexiblen Schaft angeordnet sein. Dabei weist der Boroskopkopf in der Regel einen an den Querschnitt des Schafts angeordneten Querschnitt auf, um das Einführen des Boroskops in ein technisches Gerät zu erleichtern. Da der Schaft regelmäßig einen kreisrunden Querschnitt aufweist, hat der Boroskopkopf häufig eine zylindrische Grundform, deren Längsachse im montierten Zustand regelmäßig mit der Längsachse des Schafts zusammenfällt.
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Bei „Beleuchtungselementen“ handelt es sich um in der Regel im sichtbaren Bereich Licht abgebende Elemente. Es ist aber auch möglich, dass Beleuchtungselemente alternativ oder zusätzlich elektromagnetische Strahlung im nicht-sichtbaren Bereich abgeben. Insbesondere wenn ein Beleuchtungselement mehrere Komponenten umfasst, beziehen sich Angaben zur Anordnung eines Beleuchtungselementes in erster Linie auf dessen Lichtaustrittsfläche.
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Die Erfindung hat erkannt, dass sich durch wenigstens teilweise getrennt ansteuerbare, über den Umfang eines Boroskopkopfes verteilte Beleuchtungselemente durch geeignete Ansteuerung der Beleuchtungselemente häufig störende Reflexionen im Aufnahmebereich des Boroskopkopfes vermeiden oder zumindest reduzieren lassen. Aufgrund der Verteilung über den Umfang wird regelmäßig ein Teil der Beleuchtungselemente den Aufnahmebereich oder zumindest einen Teil davon direkt beleuchten können. Ein Teil der Beleuchtungselemente kann aber ggf. auch nur in die Umgebung des Boroskopkopfes abseits des Aufnahmebereichs strahlen; diese Beleuchtungselemente können über Reflexionen an nicht im Aufnahmebereich liegende Flächen des zu inspizierenden technischen Geräts für indirekte Beleuchtung im Aufnahmebereich sorgen.
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Aufgrund der getrennten Ansteuerbarkeit können verschiedene Beleuchtungsszenarien - bspw. Beleuchtung nur durch eine erste Gruppe von Beleuchtungselementen, Beleuchtung nur durch eine zweite Gruppe von Beleuchtungselementen oder Beleuchtung durch alle Beleuchtungselemente - eingestellt werden, wobei ggf. auch erst durch Ausprobieren der Beleuchtungsszenarien dasjenige Beleuchtungsszenario ermittelt werden kann, bei dem die geringsten störenden Reflexionen im Aufnahmebereich auftreten. Dieses Beleuchtungsszenario kann dann für die eigentliche Bild- bzw. Datenerfassung genutzt werden. Es ist auch möglich, dass für bestimmte Untersuchungen, bspw. in Abhängigkeit von der Position des Boroskopkopfes innerhalb eines zu inspizierenden technischen Geräts, bestimmte Beleuchtungsszenarien vorgegeben sind, um so eine Vergleichbarkeit zwischen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Bildern bzw. Daten sicherzustellen.
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Es ist bevorzugt, wenn alle Beleuchtungselemente einer oder mehrerer Beleuchtungseinheiten unabhängig voneinander steuerbar sind. Dabei ist es möglich, dass sämtliche Beleuchtungselemente aller Beleuchtungseinheiten unabhängig voneinander steuerbar sind. Es ist aber auch möglich, dass an einer ähnlichen Umfangsposition angeordnete Beleuchtungselemente zweier Beleuchtungseinheiten nur gemeinsam steuerbar sind. Sind die Beleuchtungselemente entsprechend individuell ansteuerbar, ergeben sich eine Vielzahl von möglichen Beleuchtungsszenarien, aus denen dann dasjenige mit der besten Ausleuchtung und/oder den geringsten störenden Reflexionen gewählt werden kann. Bevorzugt sind die Beleuchtungselemente gleichmäßig über den Umfang verteilt, d. h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Beleuchtungselementen ist jeweils gleich.
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Grundsätzlich ist es bereits ausreichend, wenn sich die Steuerbarkeit der Beleuchtungselemente auf deren Ein- und Ausschalten beschränkt. Es ist aber bevorzugt, wenn die Beleuchtungselemente hinsichtlich ihrer Helligkeit steuerbar sind. In anderen Worten sollten die Beleuchtungselemente dimmbar sein. Durch die entsprechende Einstellbarkeit der Helligkeit der Beleuchtungselemente erhöht sich die Variabilität der Beleuchtungsszenarien und somit die Möglichkeiten, störende Reflexionen vermeiden zu können, weiter.
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Auch wenn es grundsätzlich möglich ist, die Beleuchtungselemente einer Beleuchtungseinheit nicht nur über den Umfang, sondern auch in Richtung der Längsachse des Boroskopkopfes verteilt anzuordnen, ist es bevorzugt, wenn die Beleuchtungselemente einer Beleuchtungseinheit ringförmig über den Umfang des Boroskopkopfes verteilt sind. Insbesondere kann dabei die Länge der kombinierten senkrechten Projektion der Ausdehnung aller Beleuchtungselemente einer Beleuchtungseinheit auf die Längsachse des Boroskopkopfes kürzer sein als der Durchmesser des Boroskopkopfes. Durch eine solche ringförmige Anordnung wird die Veränderung des Beleuchtungsszenarios bei entsprechender Ansteuerung der einzelnen Beleuchtungselemente einer Beleuchtungseinheit erwartbarer, womit es einfacher ist, ein Beleuchtungsszenario mit möglichst geringen Reflexionen aufzufinden.
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Es hat sich als vorteilhaft und damit bevorzugt herausgestellt, wenn wenigstens eine Beleuchtungseinheit drei oder mehr Beleuchtungselemente umfasst. Während drei Beleuchtungselemente pro Beleuchtungseinheit häufig bereits ausreichend viele Beleuchtungsszenarien ermöglichen, um störende Reflexionen zu vermeiden oder zumindest deutlich zu reduzieren, ist diese Möglichkeit durch vier oder mehr Beleuchtungselemente noch erweitert.
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Es ist bevorzugt, wenn wenigstens zwei Beleuchtungseinheiten vorgesehen sind, die vorzugsweise in Richtung der Längsachse des Boroskopkopfes voneinander beabstandet sind. Nicht nur wird dadurch die Anzahl der möglichen Beleuchtungsszenarien im Hinblick auf möglichst geringe störende Reflexionen im Aufnahmebereich des Boroskopkopfes weiter erhöht. Es hat sich weiter gezeigt, dass dadurch auch die Möglichkeiten, einen möglicherweise ungünstigen Schattenwurf im Aufnahmebereich zu vermeiden, deutlich erhöht werden.
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Dabei ist besonders bevorzugt, wenn wenigstens ein Boroskopobjektiv zwischen zwei benachbarten Beleuchtungseinheiten angeordnet ist. Ist das Boroskopobjektiv unter einem Winkel, wie bspw. 90°, gegenüber der Längsachse des Boroskopkopfes ausgerichtet, können zu beiden Seiten des Boroskopobjektivs ringförmig ausgestaltete Beleuchtungseinheiten angeordnet sein. Eine entsprechende Anordnung ermöglicht in der Regel eine schattenwurfarme Ausleuchtung des Aufnahmebereichs dieses Boroskopobjektivs.
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Wenigstens ein Teil der Beleuchtungselemente kann lichtemittierende Dioden (LEDs) umfassen, die vorzugsweise mit einem Kühlkörper versehen oder darauf angeordnet sind. Die LEDs können dabei unmittelbar die einzelnen Beleuchtungselemente darstellen und dafür an der Außenseite des Boroskopkopfes angeordnet sein.
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Es ist aber auch möglich, dass wenigstens ein Teil der Beleuchtungselemente Lichtleiter umfasst, sodass die jeweilige Lichtquelle(n) getrennt vom Beleuchtungselement anordenbar ist. Bei der oder den Lichtquellen kann es sich wiederum um LEDs handeln. Es sind aber auch beliebige andere Lichtquellen denkbar. Die Steuerbarkeit der einzelnen Beleuchtungselemente kann durch die Ansteuerung der jeweils zugeordneten Lichtquelle gewährleistet werden. Alternativ können steuerbare Blenden vorgesehen sein.
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Wenigstens eine der in Zusammenhang mit einem Beleuchtungselement verwendeten LEDs erfüllt vorzugsweise wenigstens eine der nachfolgenden Eigenschaften:
- - Größe:
- 1 mm x 1 mm bis 10 mm x 10 mm, vorzugsweise 1,5 mm x 1,5 mm bis 5 mm x 5 mm
- - Max. elektrische Leistungsaufnahme:
- 3 W bis 20 W, vorzugsweise 5 W bis 15 W
- - Max. Lichtstrom:
- 300 lm bis 6000 lm, vorzugsweise 600 lm bis 2400 lm
- - Abstrahlwinkel:
- 75° bis 175°, vorzugsweise 100° bis 150°
- - Weißlicht,
- vorzugsweise mit einer Farbtemperatur von 4000 K
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Wenigstens ein Teil der Beleuchtungselemente kann auch einen Diffusor umfassen, mit dem das von einem Beleuchtungselement abgegebene Licht gestreut wird.
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Die Vorrichtung kann neben dem Boroskopkopf vorzugsweise unmittelbar einen starren oder flexiblen Schaft umfassen, an dessen einem Ende der Boroskopkopf angeordnet ist. Durch die Kombination mit einem Schaft wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einem Boroskop komplettiert.
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Die Erfindung wird nun anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Boroskopinspektion von technischen Geräten; und
- 2a-c drei schematische Schnittansichten zu 1.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für die Boroskopinspektion von technischen Geräten schematisch dargestellt. In 2a-c finden sich schematische Darstellungen der in 1 angedeuteten Schnitte IIa, IIb bis IIc.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Boroskopkopf 10 mit einer zylindrischen Grundform, welcher auf einen - in 1 nur angedeuteten - Schaft 50 derart angeordnet werden kann, dass die zentrale Längsachse 11 des Boroskopkopfes 10 (als eine von mehreren denkbaren Längsachsen 11) mit der Schaftachse 51 des Schafts 50 zusammenfällt.
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Der Boroskopkopf 10 umfasst zwei voneinander beabstandete Boroskopobjektive 12, die digitale Bildsensoren zur Aufnahme von Bildern im sichtbaren Bereich umfassen. Die Aufnahmekegel der Boroskopobjektive 12 (aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) sind derart im Wesentlichen senkrecht gegenüber der Längsachse 11 angeordnet, dass sie sich überschneiden, um so die Ermittlung von 3-D-Daten durch Triangulation auf Basis zeitgleich aufgenommener Bilder zu ermöglichen. Eine entsprechende Anordnung von Boroskopobjektiven 12 ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Der Boroskopkopf 10 umfasst weiterhin eine Beleuchtungsvorrichtung 20 mit drei Beleuchtungseinheiten 21, 22, 23, die jeweils vier Beleuchtungselemente 24, 25 aufweisen. Aus Illustrationszwecken sind die drei Beleuchtungseinheiten 21, 22, 23 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils unterschiedlich ausgestaltet. Es ist selbstverständlich möglich und ggf. sogar vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinheiten 21, 22, 23 eines Boroskopkopfes 10 gleich ausgestaltet sind.
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Die Beleuchtungselemente 24, 25 jeder Beleuchtungseinheit 21, 22, 23 sind ringförmig über den Umfang um die Längsachse 11 des Boroskopkopfes 10 verteilt angeordnet (vgl. auch 2). Die Beleuchtungseinheiten 21, 22, 23 sind so angeordnet, dass sich jeweils ein Boroskopobjektiv 12 zwischen zwei benachbarten Beleuchtungseinheiten 21, 22 bzw. 22, 23 befindet.
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Bei den Beleuchtungselementen 24 der ersten Beleuchtungseinheit 21 handelt es sich um lichtemittierende Dioden 26, mit einer Größe von 2,0 mm x 2,0 mm und einer Nenn-Leistungsaufnahme von 5 W. Die lichtemittierenden Dioden 26 geben jeweils Weißlicht mit einer Farbtemperatur von 4000 K bei einem maximalen Lichtstrom von 1200 lm über einen Abstrahlwinkel von 120° ab. Um die dabei entstehende Wärme abzuführen, sind die lichtemittierenden Dioden 26 auf einem Kühlkörper 27 mit Kühlrippen angeordnet, der gleichzeitig als Spitze des Boroskopkopfes 10 dient und daher abgerundet ist, was ein Einführen eines mit dem Boroskopkopf 10 ausgestatteten Boroskops in ein technisches Gerät erleichtert.
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Auch bei den Beleuchtungselementen 24 der zweiten Beleuchtungseinheit 22 handelt es sich um lichtemittierende Dioden 26. Aufgrund der mittigen Anordnung der zweiten Beleuchtungseinheit 22 sind allerdings die Möglichkeiten der Kühlung begrenzt, weshalb die lichtemittierenden Dioden 26 dieser Beleuchtungseinheit 22 lediglich eine Nenn-Leistungsaufnahme von 10 W aufweisen und damit einen maximalen Lichtstrom von jeweils 1200 lm erzeugen können. Im Übrigen sind die technischen Eckdaten gleich den lichtemittierenden Dioden 26 der ersten Beleuchtungseinheit 22.
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Alternativ können - wie anhand der dritten Beleuchtungseinheit 23 exemplarisch dargestellt - die Beleuchtungselemente 25 auch Lichtleiter 28 umfassen, mit deren Hilfe die eigentlichen Lichtquellen und auch die damit häufig einhergehende Wärmeentwicklung von den Beleuchtungselementen 25 entfernt angeordnet werden können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Lichtleiter 28 durch den Schaft 50 geführt sein. Die Lichtquellen - bspw. lichtemittierende Dioden wie bei der der ersten Beleuchtungseinheit 21 - können dann am anderen Ende des Schafts 50 angeordnet sein und dort ausreichend gekühlt werden.
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Sämtliche Beleuchtungselemente 24, 25 aller Beleuchtungseinheiten 21, 22, 23 sind vollständig unabhängig voneinander steuerbar. Dabei sind die Beleuchtungselemente 24, 25 nicht nur an- und ausschaltbar, sondern auch hinsichtlich ihrer Helligkeit einstellbar. Eine hierfür geeignete Steuerung (nicht dargestellt) kann in den Boroskopkopf integriert oder getrennt davon am anderen Ende des Schafts 50 angeordnet sind.
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Durch die Vielzahl der individuell dimmbaren Beleuchtungselemente 24, 25 lässt sich die Umgebung des Boroskopkopfes 10 und somit auch dessen, durch die Boroskopobjektive 12 definierte Aufnahmebereich mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Beleuchtungsszenarien beleuchten. Treten bei einem Beleuchtungsszenario unerwünschte und störende Reflexionen im Aufnahmebereich des Boroskopkopfes 10 auf, kann ein anderes Beleuchtungsszenarien eingestellt werden, bei dem keine oder zumindest weniger störende Reflexionen im Aufnahmebereich auftreten. Letzteres Beleuchtungsszenario kann mithilfe eines Durchlaufens sämtlicher oder vorgegebener bestimmter Beleuchtungsszenarien bei gleichzeitiger Auswertung der durch wenigstens ein Boroskopobjektiv 12 aufgenommenen Bilder ermittelt werden. Wird bei diesem Durchlaufen ein Beleuchtungsszenario mit keiner oder einem Minimum an Reflexion ermittelt, kann eben dieses Beleuchtungsszenario verwendet werden, um boroskopische Aufnahmen zu erstellen.
