DE10356384A1

DE10356384A1 - Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10356384A1
Application number: DE2003156384
Authority: DE
Inventors: Christian Pfau
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-30

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung, insbesondere zur Inspektion wenigstens einer Werkzeugschneide (10a) in einem Mess- und/oder Einstellgerät, mit einer Leuchteinheit (12a-12c) und mit einer optischen Einheit (14a-14c) zur Bündelung von Licht aus der Leuchteinheit (12a-12c) im Nahbereich vor einer Kamera (16a). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die optische Einheit (14a-14c) zumindest in einem Teilbereich zur Brechung von Licht aus der Leuchteinheit (12a-12c) vorgesehen ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Werkzeugbeleuchtungsvorrichtungen zur Inspektion einer Werkzeugschneide in einem Mess- und Einstellgerät bekannt. Diese weisen als Halogenstrahler ausgebildete Leuchteinheiten und hinter den Halogenstrahlern angeordnete, als Hohlspiegel ausgebildete optische Einheiten zur Bündelung von Licht in einem Nahbereich vor der Kamera auf.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, welche sich im Betrieb höchstens unwesentlich erwärmt. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht insbesondere aus von einer Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung, insbesondere zur Inspektion wenigstens einer Werkzeugschneide in einem Mess- und/oder Einstellgerät, mit einer Leuchteinheit und mit einer optischen Einheit zur Bündelung von Licht aus der Leuchteinheit im Nahbereich vor der Kamera.

Es wird vorgeschlagen, dass die optische Einheit zumindest in einem Teilbereich zur Brechung von Licht aus der Leuchteinheit vorgesehen ist, wobei in diesem Zusammenhang unter vorgesehen auch ausgelegt und ausgestattet verstanden werden soll. Dadurch kann vorteilhaft eine präzise Bündelung, d. h. Verengung eines Abstrahlwinkels, von Licht aus der Leuchteinheit auf einen kleinen Bildbereich der Kamera erreicht werden, und es kann in diesem Bereich eine besonders hohe Lichtintensität gewährleistet werden. Zum Erreichen einer hinreichenden Lichtintensität im Bildbereich der Kamera kann daher eine Leuchteinheit im Vergleich zu Werkzeugbeleuchtungsvorrichtungen mit reflektorischen optischen Einheiten mit kleinerer Leuchtleistung ausgelegt werden. Es kann erreicht werden, dass sich die Leuchteinheit, ihre Umgebung und ein von der Leuchteinheit beleuchtetes Werkzeug nur unwesentlich erwärmt. Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer Energieeinsparung, einer Verbrennungsgefahr eines Bedieners sowie hinsichtlich einer Vermeidung von Messfehlern, die durch eine thermische Expansion bedingt sein können. Die Leuchteinheit kann in der Nähe eines Bildbereichs der Kamera angeordnet sein oder aber entfernt von diesem und mit einem Lichtleiter ausgestattet, der das Licht von der Leuchteinheit in den Bildbereich der Kamera leitet.

Bildbereiche gattungsgemäßer Vorrichtungen weisen typischerweise Durchmesser von wenigen Millimetern auf, und wegen der hohen geforderten Auflösungen sind die Anforderungen an eine Lichtintensität ebenfalls besonders hoch.

Ist die Leuchteinheit zum zumindest partiellen Umschließen eines Objektivs der Kamera vorgesehen, kann eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des Bildbereichs erreicht werden, ohne dabei Abbildungsfehler, die durch ein Erhitzen optischer Einheiten des Objektivs bedingt sind, in Kauf nehmen zu müssen.

Umfasst die Leuchteinheit wenigstens eine Leuchtdiode, kann eine hinreichende Lichtintensität bei besonders niedrigem Energieverbrauch und bei besonders geringer Wärmeentwicklung erreicht werden.

Eine kostengünstige Serienproduktion kann ermöglicht werden, wenn die Leuchtdiode in SMD-Bauweise ausgeführt ist. Dabei kann eine maschinelle Montage der Leuchtdiode einfach ermöglicht werden, wenn die Leuchtdiode auf einer ebenen Leiterplatte angeordnet ist. Die Abkürzung SMD steht für „Surface Mounted Device" und bezeichnet insbesondere Bauteile, die flach auf eine Leiterplatte gelötet werden können und auch ohne Leiterplattenlöcher montierbar sind.

Weist die optische Einheit zumindest einen als Linse ausgeformten Teilbereich auf, die vor einer Lichtquelle der Leuchteinheit angeordnet ist, kann eine besonders starke und präzise Bündelung des Lichts im Nahbereich vor der Kamera erreicht werden. In diesem Zusammenhang sollen auch Formen, die in einem für die optischen Eigenschaften relevanten Teilbe reich einer optischen Linse gleichen, als Linse bezeichnet werden.

Ein konstruktiv besonders einfaches Umlenken des Lichts einer Leuchteinheit kann erreicht werden, wenn eine optische Achse der Linse von einer Symmetrieachse eines Strahlprofils der Leuchteinheit in ihrer Lage im Raum abweicht. Dabei ist eine konstruktiv einfache Positionierung der Linse vor der Leuchteinheit möglich, wenn die optische Achse der Linse relativ zur Symmetrieachse des Strahlprofils parallel verschoben ist.

Eine kostengünstige Produktion, eine hohe Lichtstärke der optischen Einheit sowie eine flache Bauweise der optischen Einheit kann erreicht werden, wenn zumindest eine Oberfläche der optischen Einheit eben ausgestaltet ist.

Weitere Potentiale hinsichtlich einer flachen Bauweise können erschlossen werden, wenn die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung eine sich zur Leiterplatte parallel erstreckende Befestigungsebene der Linse aufweist.

Eine besonders effektive Bündelung von Licht aus der Leuchteinheit kann erreicht werden, wenn eine Außenfläche der Untereinheit zur Reflexion wenigstens eines Anteils des Lichts aus der Leuchteinheit ausgelegt ist. Dadurch kann insbesondere ein Entweichen eines Lichtanteils in radialer Richtung vermieden werden. Dabei sind sowohl Ausgestaltungen der Erfindung mit reflektierender Beschichtung als auch solche, in denen eine Grenzfläche durch eine geeignete Wahl einer Form und eines Materials zur Totalreflexion vorgesehen ist, denkbar.

Eine besonders präzise Bündelung des Lichts kann erreicht werden, wenn die Leuchteinheit zumindest zwei Lichtquellen umfasst und wenn jeder Lichtquelle zumindest eine Untereinheit der optischen Einheit zugeordnet ist.

Besonders vorteilhaft kann die Leuchteinheit zumindest eine den zumindest zwei Lichtquellen gemeinsam zugeordnete Untereinheit umfassen. Dadurch können vorteilhaft Bauteile und Kosten eingespart werden.

Zudem kann eine kostengünstige Produktion und eine einfache Justierbarkeit der optischen Einheit erreicht werden, wenn die optische Einheit wenigstens eine erste Untereinheit zur Bündelung von Licht in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Einheit zur Bündelung in einer zweiten Richtung umfasst .

Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung mit einer optischen Einheit sowie einen Ausschnitt eines Objektivs einer Kamera und eines Werkzeugs,
2 die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine Schnittdarstellung einer Leuchtdiode einer Leuchteinheit und einer Linse der Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung aus den 1 und 2,
4 eine alternative Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung in einer räumlichen Darstellung,
5 die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung aus 4 in einer Draufsicht,
6 einen Schnitt durch die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung aus 5 entlang der Linie VI-VI,
7 eine Leuchteinheit einer weiteren alternativen Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung in einer Ansicht von schräg oben,
8 eine optische Einheit zu der Leuchteinheit aus 7 und
9 einen Schnitt durch die optische Einheit aus 8 entlang der Linie IX-IX.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung mit einer optischen Einheit 14a sowie einen Ausschnitt eines Objektivs einer Kamera 16a und eines Werkzeugs. Die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung ist Teil eines nicht dargestellten Mess- und Einstellgeräts zum Vermessen und Einstellen des Werkzeugs in einem Werkzeugfutter. Das Gerät verfügt über einen Auflichtmodus, in welchem die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung zur Inspektion einer Werkzeugschneide 10a des Werkzeugs nutzbar ist. Die Werkzeugbeleuchtungseinheit umfasst eine Leuchteinheit 12a mit einer Vielzahl von als Leuchtdioden 18a ausgebildeten Lichtquellen sowie eine optische Einheit 14a zur Bündelung von Licht aus der Leuchteinheit 12a im Nahbereich etwa 100 mm vor der Kamera 16a. Die optische Einheit 14a besteht aus einer transparenten Acrylplatte. Die Acrylplatte weist Linsen 22a bildende Ausformungen auf, die jeweils einer Leuchtdiode 18a zugeordnet sind und Untereinheiten der optischen Einheit 14a bilden. Die Leuchtdioden 18a der Leuchteinheit 12a sind in drei konzentrischen Kreisen um das Objektiv der Kamera 16a herum angeordnet, so dass die Leuchteinheit 12a das Objektiv der Kamera 16a vollständig umschließt (2). Die Leuchtdioden 18a sind zur einfachen Serienfertigung in SMD-Bauweise ausgeführt und sind auf einer ebenen, flachen Leiterplatte 20a angeordnet.
3 zeigt einen Schnitt durch eine Leuchtdiode 18a und durch die ihr zugeordnete Linse 22a. Die Linse 22a weist eine plan-konvexe Geometrie auf, wodurch sie in das transparente Acryl der optischen Einheit 14a einseitig eingeprägt werden konnte. Die der Leuchtdiode 18a zugewandte Oberfläche 28a der Linse 22a ist eben ausgestaltet, wodurch eine Bearbeitung der Oberfläche 28a erleichtert und eine flache Bauweise der Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung gewährleistet werden kann. Die Linsen 22a sind an einer parallel zur Leiterplatte 20a verlaufenden Befestigungsebene 30a der Linsen 22a angeformt.
Die optische Achse 24a der Linse 22a verläuft parallel zu einer Symmetrieachse 26a eines Strahlprofils der Leuchtdiode 18a und ist relativ zu dieser um eine Strecke d in Richtung einer optischen Achse 34a des Objektivs der Kamera 16a verschoben. Dadurch werden Lichtstrahlen, deren Richtung eine größere radiale Komponente bezüglich der optischen Achse 34a des Objektivs der Kamera 16a aufweist, beim Austritt aus der Linse 22a stärker in Richtung der optischen Achse 34a gebrochen als Lichtstrahlen mit einer kleineren radialen Komponente. Dadurch wird das Licht aus der Leuchtdiode 18a insgesamt in Richtung der optischen Achse 34a umgelenkt und zusätzlich gebündelt. Die Länge der Strecke d hängt davon ab, zu welchem der drei konzentrischen Ringe die Leuchtdiode 18a gehört, wächst mit dem Abstand der Leuchtdiode 18a zur optischen Achse 34a und ist so bestimmt, dass die Lichtanteile von allen konzentrischen Ringen im gleichen Abstand in Richtung der optischen Achse 34a auf dieser gebündelt werden. Dieser Abstand entspricht dem Abstand einer Schärfeebene der Kamera 16a.
In den 4 bis 9 sind Ausschnitte und Bauteile alternativer Werkzeugbeleuchtungsvorrichtungen dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen sind in der Beschreibung im Wesentlichen gleiche Bauteile und gleiche Merkmale grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterschei dung der Ausführungsbeispiele Buchstaben hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3.
4 zeigt eine Schrägansicht einer alternativen Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung, die eine aus Acryl geformte optische Einheit 14b umfasst, welche eine ringförmige Untereinheit 32b aufweist, die zur Bündelung von Licht aus ringförmig angeordneten Leuchtdioden 18b in einer bezüglich einer optischen Achse 34b des Objektivs einer nicht dargestellten Kamera axialen und radialen Richtung ausgelegt ist. Die optische Einheit 14b ist zur Bündelung von Licht in einem etwa 30mm vor einem Objektiv einer Kamera liegenden Bildbereich vorgesehen. Dazu ist ein Querschnitt (6) der ringförmigen Untereinheit 32b so gestaltet, dass eine Außenfläche 36b der Untereinheit 32b zur Totalreflexion von Licht aus den Leuchtdioden 18b ausgelegt ist. Eine ebene Unterseite der Untereinheit 32b ist direkt auf die Leuchtdioden 18b aufgebracht.
Zur Bündelung des Lichts in Umfangsrichtung weist die optische Einheit 14b zu jeder Leuchtdiode 18b eine dieser Leuchtdiode 18b zugeordnete Linse 22b in der Form eines Halbzylinders auf, die an die ringförmige Untereinheit 32b angeformt ist. Ausgestaltungen der Erfindung mit mehreren konzentrischen Ringen dieses Typs sind denkbar.
7 zeigt eine Leuchteinheit 12c einer weiteren alternativen Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung mit in drei konzentri schen Kreisen angeordneten, als Leuchtdioden 18c ausgebildeten Lichtquellen. Eine zugehörige optische Einheit 14c (8) ist als ringförmige Scheibe mit drei als konzentrische Ringe mit konvexem Profil (9) ausgebildeten Untereinheiten 32c ausgelegt. Die Untereinheiten 32c sind an eine Befestigungsebene 30c der optischen Einheit 14c angeformt sind. Auf eine zusätzliche Bündelung des Lichts der Leuchtdioden 18c in Umfangsrichtung kann verzichtet werden, sofern eine Lichtintensität hinreichend ist. Zur zusätzlichen Verstärkung einer Lichtintensität im Bildbereich einer Kamera kann die Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung mit einer optischen Einheit nachgerüstet werden, die separate, jeder Leuchtdiode 18c zugeordnete Linsen aufweist.

10: Werkzeugschneide
12: Leuchteinheit
14: Einheit
16: Kamera
18: Leuchtdiode
20: Leiterplatte
22: Linse
24: Achse
26: Symmetrieachse
28: Oberfläche
30: Befestigungsebene
32: Untereinheit
34: Achse
36: Außenfläche
d: Strecke

Claims

Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung, insbesondere zur Inspektion wenigstens einer Werkzeugschneide (10a) in einem Messund/oder Einstellgerät, mit einer Leuchteinheit (12a–12c) und mit einer optischen Einheit (14a–14c) zur Bündelung von Licht aus der Leuchteinheit (12a–12c) im Nahbereich vor einer Kamera (16a), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (14a–14c) zumindest in einem Teilbereich zur Brechung von Licht aus der Leuchteinheit (12a –12c) vorgesehen ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinheit (12a–12c) zum zumindest partiellen Umschließen eines Objektivs der Kamera (16a) vorgesehen ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinheit (12a–12c) wenigstens eine als Leuchtdiode (18a–18c) ausgebildete Lichtquelle umfasst.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (18a–18c) in SMD-Bauweise ausgeführt ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (18a–18c) auf einer ebenen Leiterplatte (20a–20c) angeordnet ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (14a) zumindest einen als Linse (22a) ausgeformten Teilbereich aufweist, die vor einer Lichtquelle (18a) der Leuchteinheit (12a) angeordnet ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse (24a) der Linse (22a) von einer Symmetrieachse (26a) eines Strahlprofils der Lichtquelle (18a) der Leuchteinheit (12a) in ihrer Lage im Raum abweicht.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (24a) der Linse (22a) relativ zur Symmetrieachse (26a) des Strahlprofils parallel verschoben ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung zumindest nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Oberfläche (28a–28c) der optischen Einheit (14a–14c) eben ausgestaltet ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung zumindest nach Anspruch 5 und 9, gekennzeichnet durch eine sich zur Leiterplatte (20a, 20c) parallel erstreckende Befestigungsebene (30a, 30c) der optischen Einheit (14a, 14c).
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinheit (12a, 12b) zumindest zwei Lichtquellen (18a, 18b) umfasst und dass jeder Lichtquelle (18a, 18b) zumindest eine Untereinheit (22a, 22b) der optischen Einheit (14a, 14b) zugeordnet ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchteinheit (12b) zumindest zwei Lichtquellen (18b) umfasst und den Lichtquellen (18b) zumindest eine gemeinsame Untereinheit (32b) der optischen Einheit (14b) zugeordnet ist.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einheit (14b) wenigstens eine erste Untereinheit (32b) zur Bündelung von Licht in einer ersten Richtung und zumindest eine zweite Einheit (22b) zur Bündelung von Licht in eine zweite Richtung umfasst.
Werkzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenfläche (36b) einer Untereinheit (32b) der optischen Einheit (14b) zur Reflexion wenigstens eines Anteils des Lichts aus der Leuchteinheit (12b) vorgesehen ist.