DE102022208804A1 - Adaptives beleuchtungssystem und verfahren für die inspektion komplexer objekte - Google Patents

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Soon Wei Wong
Soon Chye Lian
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Abstract

Es werden Beleuchtungssysteme und Verfahren für deren Planung und Konstruktion offenbart. Die daraus resultierenden Beleuchtungssysteme umfassen sowohl Auflicht- als auch Durchlichtmodule und stellen eine auswählbare und programmierbare Beleuchtung entsprechend den Anforderungen der Erfindung für optimale Leistungsfähigkeit im Hinblick auf die Verdeutlichung von Mängeln an einem mehrdimensionalen Objekt bereit. Die Lichtleiter sind in geeigneter Weise auf das Durchlichtmodul ausgerichtet und mechanisch mit gefederten Mechanismen integriert, damit es möglich ist, sie frei zu bewegen und anschließend erneut in eine Referenz-Ausgangsposition zu bringen, die zum Zeitpunkt der Einrichtung der Beleuchtungsbaugruppe festgelegt wird. Das Auflichtmodul wird eingesetzt, um Oberflächenmängel hervorzuheben, und ist mechanisch in das Beleuchtungssystem integriert. Die Beleuchtungsmodule können verschiedene diskrete, Licht emittierende Komponenten mit unterschiedlicher Lichtstärkeverteilung im Raum und unterschiedlichem Farbspektrum umfassen, die in einer spezifischen Anordnung montiert sind, sodass der kombinierte Beleuchtungseffekt entsteht, der sich nach der Anwendung richtet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektronisch gesteuerte LED-basierte Beleuchtungssysteme, gekoppelt mit Beleuchtung übertragenden Lichtleitern, um Licht in unzugängliche Bereiche eines mehrdimensionalen Objekts zu propagieren. Die Erfindung ist im Speziellen für die Inspektion mehrdimensionaler Objekte anwendbar, die kantige Flächen umfassen, die für eine optimierte Inspektion spezieller Beleuchtungs- und Positionierungstechniken bedürfen.
  • Hintergrund
  • Konventionelle Lichtquellen sind üblicherweise sperrig und komplex, wenn sie dafür ausgelegt sind, verschiedene Oberflächen zu beleuchten, insbesondere wenn die Objekte kantige Flächen aufweisen. Im Stand der Technik US 8,100,552 ist die Beleuchtungsvorrichtung unter Einsatz mehrerer Licht emittierender Komponenten konstruiert, die in spezifischen Ausrichtungen entsprechend dem Profil eines Objekts montiert sind. Wenn das Profil des zu inspizierenden Objekts sich ändert, muss ein neues Beleuchtungsmodul konstruiert werden, um über das ganze Objekt eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erzielen, was den Ansatz komplex, zeitraubend und teuer macht. Sie sind weder flexibel noch skalierbar, sodass es schwierig ist, sie zu skalieren und an neue Arten von Objekten mit anderen Oberflächenprofilen anzupassen.
  • Typische Solid-State-LEDs werden üblicherweise in verschiedenen Konfigurationen verwendet, um eine gleichmäßige Lichtverteilung über das Objekt zu ermöglichen. Die endgültigen Konfigurationen für ein bestimmtes Objekt können immer noch ungleiche Stärken der Beleuchtung über den Bereich des Objekts aufweisen, was zu Inkonsistenzen und unzuverlässigen Messungen von Mängeln führt. Ferner sind sie sperrig und nehmen im Inspektionssystem wertvollen Platz weg.
  • Die aktuelle Technologie verfügt nicht über die Vorrichtung und Methodik, um das komplexe dreidimensionale Objekt gleichmäßig, ohne Abstriche bei der Qualität und Genauigkeit einer Mängelinspektion und zugehörigen Messungen zu beleuchten.
  • Abriss
  • Die Erfindung betrifft ein wirksames und flexibles Beleuchtungssystem, das aus einem Beleuchtungsmodul besteht, das in geeigneter Weise mit einem Satz Lichtleiter gekoppelt ist, die plan, rechteckig oder kreisförmig und aus Acryl oder anderem Licht übertragendem Material hergestellt sind, die mit geeigneten Federn versenkbar montiert und in geeigneter Weise auf einer Plattform mit mindestens zwei parallelen Platten angeordnet sind, die eine freie Bewegung der Lichtleiter entlang ihrer vertikalen Achse ermöglicht. Wenn das zu inspizierende Objekt unter der Kamera positioniert ist, ist es so positioniert, dass es auf den Lichtleitern ruht, die sich entsprechend dem Profil des Objekts am Kontaktpunkt an einem Ende bewegen, anpassen und ausrichten, wobei das andere Ende zum Durchlichtbeleuchtungsmodul exponiert ist. Bei dieser Anordnung übertragen, wenn die Durchlichtbeleuchtung spannungsversorgt wird, die Lichtleiter das Licht in Richtung des Objekts, was zu einer gleichmäßigen Verteilung des Lichts an jedem Punkt des dreidimensionalen Objekts führt. Die Kamera nimmt zu Inspektionszwecken mehrere Bilder an mehreren Positionen und Winkeln des Objekts auf. Nach Abschluss der Inspektion wird das Objekt von den Lichtleitern entfernt und gleichzeitig bewegen sich die Lichtleiter zurück in ihre Ausgangsposition oder Referenzposition.
  • Das Objekt wird als Nächstes unter Einsatz des Auflichtbeleuchtungsmoduls von oben beleuchtet, gefolgt von der Aufnahme mehrerer Bilder verschiedener Bereiche des Objekts aus verschiedenen Winkeln.
  • Die Kamera kann auch von einem Bediener verwendet werden, um die beleuchtete Objektoberfläche anzusehen und Messungen von Mängeln oder Merkmalen vorzunehmen. Eine manuelle Inspektion oder Ansicht kommt typischerweise im Prozess der Einrichtung und Konfiguration des Inspektionssystems vor.
  • Einer der Hauptvorteile einer solchen Anordnung liegt darin, dass eine einfache Anpassung der Beleuchtungsmodule an eine Vielzahl komplexer Objekte mit dreidimensionalen Merkmalen oder Mängeln auf ihren Oberflächen möglich ist. Die flexible Anpassung beweglicher Lichtleiter, in Kombination mit der Programmierbarkeit der Beleuchtungssysteme, macht das Beleuchtungssystem sehr flexibel und skalierbar, was in einer schnellen Neukonfiguration der Beleuchtungsanordnung bei Produktwechseln resultiert.
  • Der nächste Vorteil der Erfindung besteht darin, dass kantige Flächen des Objekts zuverlässig ausgeleuchtet werden, was mit dem Stand der Technik bisher nicht möglich gewesen ist. Merkmale auf kantigen Flächen können folglich auch zuverlässig inspiziert werden, wenn das Objekt in geeigneter Weise gekippt wird, unter Einsatz integrierter Motoren, die mit der Inspektionsbaugruppe gekoppelt sind, sodass der Kamera eine optimale Ansicht präsentiert wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Positionierung des Durchlichtmoduls, die sich mittels Luftzylindern erzielen lässt, die mechanisch mit dem Durchlichtmodul gekoppelt sind. Verdeutlichte Bilder des Objekts, die die Kamera unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen aufnimmt, ermöglichen die Messung kleiner Mängel und Merkmale, die stärker hervortreten.
  • Weitere Aspekte der Erfindung umfassen verschiedene Kombinationen eines oder mehrere der vorstehenden Aspekte der Erfindung sowie die Kombinationen einer oder mehrerer ihrer verschiedenen Ausführungsformen, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung genannt sind oder sich daraus ableiten lassen. Es versteht sich ferner, dass sich von Fachleuten andere Ausführungsformen der Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung ableiten lassen.
  • Figurenliste
  • Die spezifischen Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung, die anhängenden Ansprüche und Begleitzeichnungen verständlicher, wobei:
    • 1 ein System mit allen Elementen darstellt, die eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ausmachen.
    • 2 eine Darstellung der Oberseite des dreidimensionalen Objekts ist.
    • 3 eine Darstellung der Unterseite des dreidimensionalen Objekts ist.
    • 4 eine Darstellung eines Aspekts der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist.
    • 4a ein Bild eines Bereichs des Objekts mit eingeschalteter Durchlichtbeleuchtung aus 4 ist.
    • 4b eine Detailansicht des Bildbereichs ist, der in 4 eingeschlossen ist.
    • 5 eine Veranschaulichung eines weiteren Aspekts der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist.
    • 5a das Bild eines Bereichs des Objekts bei eingeschalteter Auflichtbeleuchtung aus 5 ist.
    • 6 ein System aller Elemente darstellt, die eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung ausmachen. Das System ist dafür ausgelegt, das Objekt in zwei Achsen zu drehen, um eine Inspektion des Objekts aus verschiedenen Winkeln mit entweder einer Auflichtbeleuchtung oder einer Durchlichtbeleuchtung zu ermöglichen.
    • 7 eine Veranschaulichung des Systems ist und einen Aspekt der Ausführungsform in 6 zeigt.
    • 7a ein Bild eines mittels Auflicht beleuchteten Bereichs des Objekts 50 in 7 zeigt.
    • 8 eine Veranschaulichung des Systems ist und einen weiteren Aspekt der Ausführungsform in 6 zeigt.
    • 8a ein Bild eines mittels Durchlicht beleuchteten Bereichs des Objekts 50 in 8 zeigt.
    • 9 eine Veranschaulichung des Systems ist und einen weiteren Aspekt der Ausführungsform in 6 zeigt.
    • 9a ein Bild eines mittels Auflicht beleuchteten Bereichs einer Flanke im Objekt 50 von 9 zeigt.
    • 10 eine Veranschaulichung des Systems ist und einen weiteren Aspekt der Ausführungsform in 6 zeigt.
    • 10a ein Bild eines mittels Durchlicht beleuchteten Bereichs einer Flanke im Objekt 50 von 10 zeigt.
    • 11 ein Bild eines mittels Auflicht beleuchteten Bereichs eines Objekts in 2 zeigt.
    • 12 ein Bild eines mittels Durchlicht beleuchteten Bereichs eines Objekts in 2 zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • In der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die Teil hiervon sind und in denen zu Zwecken der Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, wie die Erfindung umgesetzt sein kann. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen eingesetzt werden können und strukturelle Änderungen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Eine erste Ausführungsform des Systems und Verfahrens gemäß der Erfindung ist in 1 gezeigt. Das System 100 zeigt in bildlicher Form eine Ausführungsform eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, bei der es sich um eine Vorrichtung handelt, um Mängel an komplexen dreidimensionalen Objekten, einschließlich deren kantigen Flächen, zu inspizieren. Mängel wie Maße von Löchern, Markierungen auf den Oberflächen, Fehlen und Vorliegen geformter Merkmale, Kratzer, Fremdstoffe und alle Kantendefekte rund um das Objekt können erfasst werden.
  • Die erste Ausführungsform 100 in 1 umfasst eine hochauflösende Kamera 30, die auf einem motorisierten XY-Tisch 25 (Motoren nicht abgebildet) montiert ist, mindestens zwei Lichtquellen zur Beleuchtung, ein Ringlicht oder Auflicht 22 und ein flaches LED-Durchlicht 8. Das Durchlicht 8 ist mechanisch und optisch mit einem Satz Lichtleiter 10, oder anderweitig als Anordnung Licht übertragender Elemente bezeichnet, die bevorzugt aus wirksam Licht streuendem Material hergestellt sind, gekoppelt. Die Lichtleiter-Baugruppe ist mit zwei Metallplatten 18 und 20 konstruiert, die identische und symmetrische Bohrungen aufweisen. Jede ausgerichtete Bohrung in den Platten 18 und 20 ist dafür ausgelegt, eine gefederte Einheit 12 bzw. 14 aufzunehmen, durch die ein Satz Lichtleiter 10 montiert und in einer Position P1 gehalten wird, die als Ausgangsposition oder Referenzposition bezeichnet wird, und die je nach Anwendung einstellbar sein kann. Die Anzahl der Lichtleiter 10, die eingesetzt werden, bestimmt sich durch die Anwendung. Der Satz Lichtleiter 10 ist durch den Mechanismus eines Satzes gefederter Lager 12 und 14 vertikal verschiebbar. Die Lichtleiter 10 können unter Verwendung von Acrylharz, Polycarbonat oder einem ähnlichen Material mit hohen Dispersionseigenschaften gefertigt sein, um die Beleuchtung des Objekts um die kantigen Flächen herum sowie unebener Oberflächen an unterschiedlichen Stellen und von unterschiedlicher Tiefe zu ermöglichen. Der Satz Lichtleiter 10 kann - zur Anpassung an verschiedene Arten von Objekten - auch mit verschiedenen Winkeln, Dicken oder Profilen konstruiert sein, was sie skalierbar und kosteneffizient macht.
  • Wenn die Durchlicht-Baugruppe 102 in der vertikalen Richtung 16 in Position P2 bewegt wird, wird der Satz Lichtleiter 10 in geeigneter Weise verschoben, um das Profil der Oberseite des Objekts 50 abzubilden. Die Durchlicht-Baugruppe 102 umfasst die Elemente 8, 10, 12, 14, 18 und 20, die mechanisch miteinander integriert sind, und wird von einem Motor angetrieben (nicht abgebildet). Der Motor wird angetrieben, um das Durchlichtbeleuchtungsmodul vertikal zwischen Position P1 und P2, wie in 1 gezeigt, zu bewegen.
  • Es ist der Hinweis wichtig, dass Fachleute wissen, dass mehrere verschiedene vertikale Positionen programmiert werden können, um sich unterschiedlichen Arten von Objektprofilen anzupassen. Ein separates Auflichtbeleuchtungsmodul 22 ist in geeigneter Weise mit einem weiteren Motor (nicht abgebildet) gekoppelt, um zu ermöglichen, es an verschiedenen Positionen unter dem Objekt zu positionieren. Das Durchlichtbeleuchtungsmodul 8 und das Auflichtbeleuchtungsmodul 22 sind Produkte von segmentierter Konstruktion, mit LEDs unterschiedlicher Wellenlänge und elektronisch mit einem Stroboskop (nicht abgebildet) gekoppelt, das programmierbar sein kann, um die Beleuchtung in unterschiedlichen Zeitintervallen auszulösen, mit unterschiedlicher Impulsdauer, unterschiedlichen Lichtstärken und unterschiedlichem Lichtspektrum, um die Mängelmerkmale des Objekts 50 zu verdeutlichen und die Bildaufnahme unter verschiedenen Beleuchtungsverhältnissen zu unterstützen.
  • 2 und 3 veranschaulichen die Draufsicht bzw. die Sicht von unten auf ein typisches Objekt 50. Es wird offensichtlich, dass das Objekt 50 mehrere dreidimensionale Profile hat und porös sein kann oder für eine bestimmte Anwendung geeignete Ausschnitte umfassen kann. Es kann rundum auch verschiedene kantige Flächen aufweisen.
  • 4 veranschaulicht eine Inspektionstechnik in der ersten Ausführungsform der Erfindung, um Mängel am Objekt 50 zu inspizieren. Bei dieser Technik wird die Durchlicht-Baugruppe 102 in Position P2 abgesenkt, wobei gleichzeitig der Satz Lichtleiter 10 so verschoben wird, dass er die Oberseite des Objekts 50 berührt. 4b zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kastens B1, die den Bereich in 4b abbildet. Die Verschiebung des Satzes Lichtleiter 10 ist in 4b deutlich sichtbar.
  • Die Durchlichtbeleuchtung 8 ist, wie weiter oben bereits erläutert, mit LEDs hergestellt, die segmentiert sein können, um jeden Lichtleiter einzeln oder gleichzeitig zu erleuchten, was einen hochkomplexen Mechanismus zur Beleuchtungssteuerung ermöglicht. An der Position P2 in 4 werden das Durchlicht 8 und die Kamera 30 ausgelöst oder in Strobe-Betrieb versetzt, um den Satz Lichtleiter 10 zum Leuchten zu bringen und gleichzeitig ein Bild des Bereichs am Objekt 50, der von Interesse ist, aufzunehmen, wie in 4a veranschaulicht. Anschließend wird der XY-Tisch 25 von einem Interessenbereich zum nächsten bewegt, bis der Oberflächenbereich des Objekts von der Kamera 30 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • 5 veranschaulicht eine Inspektionstechnik der Erfindung zur Inspektion von Mängeln an der Unterseite des Objekts 50. Bei dieser Technik wird die Durchlicht-Baugruppe 102 nach oben in die Referenzposition P1 bewegt, wobei gleichzeitig die Lichtleiter 10 durch die gefederten Lager 12 und 14 von der Oberseite des Objekts 50 wegbewegt werden. An Position P1 ist das Durchlicht 8 abgeschaltet und das Ringlicht 22 ist eingeschaltet, um die Unterseite des Objekts 50 zu beleuchten. Das Ringlicht 22 und die Kamera 30 werden ausgelöst oder in den Strobe-Betrieb versetzt, um die Unterseite zu beleuchten und gleichzeitig ein Bild des Bereichs am Objekt 50, der von Interesse ist, aufzunehmen, wie in 5a veranschaulicht. Anschließend wird der XY-Tisch 25 von einem Interessenbereich zum nächsten bewegt, bis der Oberflächenbereich des Objekts von der Kamera 30 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • 6 veranschaulicht eine Inspektionstechnik in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zur Inspektion von Mängeln am Objekt 50. Bei dieser Ausführung 110 ist die Durchlicht-Baugruppe 102 dieselbe wie in 1, sie ist jedoch umgekehrt, mit nach oben weisendem Satz Lichtleiter 10, montiert. Die Durchlicht-Baugruppe 102 umfasst ferner ein Luftzylinderpaar 40 und 42, das mechanisch an den Platten 18 und 20 montiert ist, um das Durchlicht 8 nach oben und unten zu fahren und ist ferner mit einem weiteren Motor 39 gekoppelt. Die Durchlicht-Baugruppe 102 ist ferner auf einen weiteren Mechanismus montiert, der in geeigneter Weise mit einem weiteren Motor 37 gekoppelt ist. Die Motoren 39 und 37 ermöglichen die Bewegung von 110 in zwei verschiedenen Achsen. Motor 39 wird eingesetzt, um 110 zusammen mit dem Objekt 50 in der Drehachse 44 zu drehen, und Motor 37 wird eingesetzt, um 110 zusammen mit dem Objekt 50 in der Drehachse 40 zu bewegen. Das vorgesehene Luftzylinderpaar 40 und 42 ermöglicht die vertikale Verschiebung des Durchlichts 8 zwischen zwei oder mehr Positionen, die vorprogrammiert werden können. Die Luftzylinder 40 und 42 dienen auch dazu, den Satz Lichtleiter 10 in eine Position zu verschieben, die durch das Softwareprogramm bestimmt wird. Das Ringlicht 22 in 6 beleuchtet die Oberseite des Objekts 50 und das Durchlicht beleuchtet die Unterseite des Objekts 50 über den Satz Lichtleiter 10. Die auf dem XY-Tisch 25 montierte Kamera 30 ist positioniert, um Bilder der Oberseite des Objekts 50 in 6 aufzunehmen.
  • Der erste Prozessschritt der Inspektion in der zweiten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, wird damit eingeleitet, dass das Objekt 50 von Position P3 zu Position P4 nach unten in Richtung der Lichtleiter 10 bewegt wird. Die Lichtleiter 10 positionieren sich an ihren jeweiligen Punkten an der Unterseite des dreidimensionalen Objekts 50. Wie weiter oben bereits erläutert, sind die Lichtleiter durch gefederte Führungseinheiten 12 bzw. 14 in die Platten 20 und 18 integriert, was ihnen erlaubt, sich entlang der vertikalen Achse frei zu bewegen. Nachdem das Objekt 50 an der vorab bestimmten Stelle P4, wie in 7 gezeigt, positioniert ist, nimmt die Kamera 30 das Bild eines vorab bestimmten Bereichs, der von Interesse ist, an der Oberseite des Objekts 50 auf, wenn sie mit dem Ringlicht 22 synchron mit Strobe-Licht beleuchtet wird. Ein Bild eines typischen Bereichs, der von Interesse ist, ist in 7a veranschaulicht, wo die Zeichen, die auf die Oberfläche des Objekts 50 gedruckt sind, deutlicher hervortreten. Anschließend wird der XY-Tisch 25 von einem Interessenbereich zum nächsten bewegt, bis der Oberflächenbereich des Objekts mit Kamera 30 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • Das Ringlicht 22 in 7 ist mechanisch in den XY-Tisch 25 integriert und wird während der Bildaufnahme in geeigneter Weise positioniert und in den Strobe-Betrieb versetzt, um Mängel wie Kratzer an der Oberfläche, Flecken, Zeichen, Markierungen usw. am Objekt 50 deutlicher hervortreten zu lassen.
  • Im zweiten Prozessschritt, der in 8 gezeigt ist, ist das Ringlicht ausgeschaltet und das Durchlicht 8 ist im Strobe-Betrieb, damit die Kamera 30 ein Bild eines Bereichs am Objekt 50, der von Interesse ist, aufnehmen kann. Ein Bild eines typischen Bereichs, der von Interesse ist, ist in 8a veranschaulicht, wo die auf das Objekt 50 aufgedruckten Zeichen deutlich sichtbar sind, ebenso wie die verdeutlichten Perforationen oder Löcher. Das bei eingeschaltetem Durchlicht 8 aufgenommene Bild hilft dabei, fehlende Löcher, beschädigte Löcher, Löcher mit fehlerhaften Maßen und andere im Durchlicht sichtbare Mängel zu erkennen. Anschließend wird der XY-Tisch 25 von einem Interessenbereich zum nächsten bewegt, bis der Oberflächenbereich des Objekts mit Kamera 30 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • Der dritte Prozess der Inspektion in der zweiten Ausführungsform ist in 9 gezeigt. Er wird damit eingeleitet, dass das Objekt 50 von Position P3 nach unten in Position P4 bewegt wird, in Richtung der Lichtleiter 10, wie in 7 gezeigt. Nachdem das Objekt 50 an der vorab bestimmten Stelle P4, wie in 7 gezeigt, positioniert ist, dreht sich der Motor 37 in einen vorprogrammierten Winkel, um die erhöhten und kantigen Seiten des Objekts 50 zur Kamera 30 hin auszurichten. Die Kamera 30 nimmt das Bild eines vorab bestimmten Bereichs des Objekts 50, der von Interesse ist, auf, während das Auflicht oder Ringlicht 22 zur Beleuchtung synchron in den Strobe-Betrieb versetzt wird. Ein Bild eines typischen Bereichs, der von Interesse ist, ist in 9a veranschaulicht, wo die Oberflächenmerkmale an den kantigen Flächen der erhöhten Strukturen auf dem Objekt 50 deutlicher hervortreten. Das Ringlicht 22, das ebenfalls in den XY-Tisch 25 integriert ist, ist in geeigneter Weise positioniert und wird in den Strobe-Betrieb versetzt, um Mängel wie Kratzer an der Oberfläche, Flecken, Zeichen usw. auf dem Objekt 50 deutlicher hervortreten zu lassen. Im nächsten Schritt dreht sich der Motor 39, um das Objekt 50 entsprechend dem nächsten Bereich, der von Interesse ist, zu positionieren, wie in der Software programmiert. Der Prozess wird fortgesetzt, bis der gesamte Bereich des Objekts 50 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • Ein vierter Prozessschritt umfasst die Neupositionierung des Objekts 50 in einem anderen vorab programmierten Winkel durch Drehen des Motors 37 und die Wiederholung des gesamten dritten Prozesses, bis alle vorab programmierten Winkel ausgeführt sind.
  • Im fünften Prozessschritt, der in 10 gezeigt ist, ist das Ringlicht ausgeschaltet und das Durchlicht 8 ist eingeschaltet oder im Strobe-Betrieb. Nachdem das Objekt 50 an der vorab bestimmten Stelle P4, wie in 7 gezeigt, positioniert ist, nimmt die Kamera 30 das Bild eines vorab bestimmten Bereichs am Objekt 50, der von Interesse ist, auf, während das Durchlicht 8 zur Beleuchtung synchron im Strobe-Betrieb ist.
  • Ein Bild eines typischen Bereichs, der von Interesse ist, ist in 10a veranschaulicht, wo die Perforationen, die sich an der kantigen Fläche des Objekts 50 befinden, deutlich sichtbar sind. Der Prozess wird fortgesetzt, bis der gesamte Bereich des Objekts 50 bildmäßig erfasst ist. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild der relevanten kantigen Fläche des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten.
  • Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • Die im fünften Prozessschritt aufgenommenen Bilder helfen dabei, fehlende Löcher, beschädigte Löcher, Löcher mit fehlerhaften Maßen und andere Mängel, die im Durchlichtbild an den kantigen Flächen des Objekts 50 sichtbar sind, zu erkennen.
  • In einem sechsten Prozessschritt, bei eingeschaltetem Durchlicht 8, wird der XY-Tisch von einem Interessenbereich zum nächsten bewegt, wie es in der Software programmiert ist. Im Anschluss dreht sich der Motor 39, um das Objekt 50 an verschiedenen Punkten rundherum zu positionieren, um Bilder mit Durchlichtbeleuchtung aufzunehmen. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die kantigen Flächen des gesamten Bereichs des Objekts 50 bildmäßig erfasst sind. Die Bilder werden dann in geeigneter Weise zusammengestellt, um das vollständige Bild der relevanten kantigen Fläche des Objekts 50 für die weitere Analyse und Klassifizierung zu erhalten. Danach werden die Ergebnisse der Inspektion zur Aussonderung und Sortierung über eine externe Schnittstelle weiterkommuniziert.
  • Es ist der Hinweis sehr wichtig, dass eine Fachperson den Winkel des Objekts verändern und die Abfolge der Beleuchtung und deren Charakteristik modifizieren kann, etwa die Lichtstärke, Wellenlänge und die Dauer der Strobe-Impulse, und auch segmentierte Beleuchtung einsetzen kann, um verschiedene Merkmale auf der Oberfläche von Objekt 50 hervorzuheben.
  • 11 ist eine Veranschaulichung einer durch Auflicht oder Ringlicht beleuchteten Oberfläche, um zu zeigen, wie die Verdeutlichung von Markierungen bzw. Oberflächenmängeln wie 56 bzw. 54 und 55 jeweils erzielt wird.
  • 12 ist eine Veranschaulichung einer durch Durchlicht beleuchteten Oberfläche, um zu zeigen, wie die Verdeutlichung von Perforationen wie 58 und 60 erzielt wird. Es ist offensichtlich, dass sich der Durchmesser der Perforation in einem durchleuchteten Bild einfach und genau messen lässt, neben der Möglichkeit der Erkennung einer fehlenden Perforation 52 oder von Perforationen in nicht ordnungsgemäßem Abstand.
  • Nach dieser Beschreibung einiger Ausführungsformen der Erfindung sollte es für Fachleute offensichtlich sein, dass das Vorstehende rein veranschaulichenden, beispielhaften Charakter und keine einschränkende Wirkung hat. Zahlreiche Änderungen und andere Ausführungsformen liegen im Umfang des Wissens einer Person mit Fachkenntnissen und werden als im Umfang der Erfindung eingeschlossen betrachtet, wie er durch die zugehörigen Ansprüche und ihre Äquivalente festgelegt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8100552 [0002]

Claims (12)

  1. Beleuchtungssystem, dafür bestimmt, ein mehrdimensionales Objekt mit Perforationen und kantigen Flächen umfassend zu beleuchten, um es auf Mängel wie Kontamination durch Fremdstoffe, fehlerhafte Maße der Perforationen, Mängel einer Markierung und beschädigte Flächen zu inspizieren, das System umfassend: a) eine hochauflösende Kamera für Bildaufnahmen, montiert auf einem XY-Tisch zur Positionierung der Kamera an einer vorab bestimmten Stelle; b) eine Anordnung von LEDs auf einer flachen Platte, die als Durchlichtbeleuchtung funktioniert, die in geeigneter Weise segmentiert sind, um zu ermöglichen, dass ausgewählte und vorprogrammierte Segmente unter Einsatz eines Stroboskops leuchten, um ein Ende einer Serie parallel montierter acrylbasierter Lichtleiter zum Leuchten zu bringen; c) ein kreisförmiges, LED-basiertes Ringlicht als Auflichtbeleuchtung, wobei die LEDs in geeigneter Weise segmentiert sind, um zu ermöglichen, dass ausgewählte und vorprogrammierte Segmente unter Einsatz eines Stroboskops leuchten; d) eine Vielzahl mit Federn versenkbar montierter Lichtleiter, um Licht zu propagieren, parallel zueinander auf einem Plattenpaar angeordnet, das mechanisch mit der Durchlichtbeleuchtung gekoppelt ist; e) einen auf mindestens einem Luftzylinderpaar basierenden Verschiebemechanismus, um die Durchlichtbeleuchtung zu mehr als einer vorab bestimmten Position zu bewegen; f) ein erstes Montagesystem, um die Durchlicht-Baugruppe um die Mittelachse der Kamera und des optischen Systems zu drehen; g) ein zweites Montagesystem, um die Durchlicht-Baugruppe in einer Achse senkrecht zum ersten Montagesystem zu drehen; h) ein Objektpositioniermechanismus, um das zu inspizierende Objekt an mehreren vorab bestimmten Stellen in geeigneter Weise zu positionieren; i) ein Stroboskoplicht-System, um die Trigger-Impulsdauer und Beleuchtungsstärke zu steuern.
  2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des zu inspizierenden Objekts mehrere Arten von Aussparungen, Löchern und kantigen Flächen umfasst, die nicht denselben Abstand zur Kamera haben.
  3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Enden der Lichtleiter mechanisch in eine Flachbett-Durchlichtbeleuchtung integriert sind.
  4. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei das Ringlicht, das der Durchlichtbeleuchtung gegenüber angeordnet ist, für eine Auflichtbeleuchtung eingesetzt wird.
  5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, wobei das Ringlicht benutzerprogrammiert ist, um die Markierungen auf der Oberfläche des zu inspizierenden Objekts zu beleuchten, um sie auf Mängel der Zeichen zu prüfen.
  6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Durchlichtbeleuchtung segmentiert ist, um eine programmierbare Beleuchtung zu ermöglichen, um eine Beleuchtung durch selektive Segmente, eine Steuerung der Lichtstärke und eine Steuerung der Trigger-Impulsbreite umzusetzen.
  7. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, wobei die versenkbaren Lichtleiter, die auf mindestens zwei Montageplatten angeordnet sind, individuell positioniert werden, um das Profil des zu inspizierenden Objekts abzubilden, sodass eine im Wesentlichen gleichmäßige Lichtverteilung möglich ist.
  8. Verfahren zur umfassenden Beleuchtung eines mehrdimensionalen Objekts mit Perforationen und kantigen Flächen, um es auf Mängel wie Kontamination durch Fremdstoffe, fehlerhafte Maße der Perforationen, beschädigte Flächen und Mängel einer Markierung zu inspizieren, wobei das Verfahren umfasst: j) ein Positionierverfahren, um das zu inspizierende Objekt nahe an die Lichtleiter zu bringen, damit sichergestellt ist, dass alle unebenen Oberflächen gleichmäßig beleuchtet sind; k) ein Programm für einen gleichzeitigen oder abwechselnden Strobe-Betrieb der Durchlicht- und Auflichtbeleuchtung, um verschiedene Merkmale des Objekts in unterschiedlichen Winkeln deutlicher hervortreten zu lassen; I) einen Satz Luftzylinder, der mechanisch in die vertikal bewegliche Durchlichtbeleuchtung integriert ist, um Licht an einem Ende aller Lichtleiter zu emittieren, damit das Licht propagiert und das zu inspizierende Objekt am anderen Ende beleuchtet wird.
  9. Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Oberfläche des zu inspizierenden Objekts mehrere Arten von Aussparungen, mehrdimensionalen Löchern und kantigen Flächen umfasst, die nicht denselben Abstand zur Kamera haben.
  10. Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Enden mehrerer Lichtleiter auf der Oberfläche des Objekts ruhen, um kantige Flächen und unebene Oberflächen zu beleuchten, um eine gleichmäßige Beleuchtung über den gesamten Inspektionsbereich zu erzielen.
  11. Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Lichtquellen selektiv durch LED-Segmente aufleuchten, um die Beleuchtung spezifischer, vorab bestimmter Bereiche zu ermöglichen, um die Erkennung von Mängeln einer Markierung, des Vorliegens von Fremdstoffen, abweichender Perforationen und beschädigter Flächen zu ermöglichen.
  12. Beleuchtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Positionierverfahren dafür programmiert ist, das Objekt relativ zur Lichtleiter-Anordnung individuell auszurichten, für eine optimierte Beleuchtung aller vorab bestimmten Oberflächenbereiche, um die Erkennung von Mängeln der Markierung, des Vorliegens von Fremdstoffen, abweichender Perforationen und beschädigter Flächen zu ermöglichen. m) ein beweglicher Luftzylindersatz, der mechanisch in die Durchlichtbeleuchtung integriert ist, um die Lichtleiter nach Abschluss der Bildaufnahme auf eine vorab bestimmte Referenzposition zurückzusetzen. n) ein bewegliches Ringlicht als Auflichtbeleuchtung, das in geeigneter Weise in den XY-Tisch der Kamera integriert ist, um an verschiedenen Stellen positioniert zu werden, um den Bereich des zu inspizierenden Objekts zu beleuchten; o) ein Verfahren zur Winkelpositionierung, um das Objekt in mehrere vorab bestimmte Stellungen zu drehen, die während der Kalibrierung festgelegt werden, und um sicherzustellen, dass Bilder des gesamten Bereichs des Objekts mit hoher Auflösung aufgenommen werden; p) ein Verfahren, um einen ersten Motor zum Drehen der Durchlicht-Baugruppe um die Mittelachse des Inspektionssystems zu betreiben; q) ein Verfahren, um einen zweiten Motor zum Drehen der Durchlicht-Baugruppe in einer Achse senkrecht zum ersten Durchlichtbeleuchtungssystem zu betreiben, um das Objekt in einem Winkel in Bezug auf mehrere kantige Flächen des Objekts zu positionieren; r) ein Verfahren zum Auslösen des Stroboskoplicht-Systems, um die Trigger-Impulsdauer, die Auswahl der LED-Segmente und die Beleuchtungsstärke zu steuern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8100552B2 (en) 2002-07-12 2012-01-24 Yechezkal Evan Spero Multiple light-source illuminating system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8100552B2 (en) 2002-07-12 2012-01-24 Yechezkal Evan Spero Multiple light-source illuminating system

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