DE19511197A1 - Verfahren und Vorrichtung zum optischen Prüfen einer Oberfläche - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum optischen Prüfen einer OberflächeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Prüfen einer Oberfläche, bei
welchem die Oberfläche im wesentlichen von oben durch wenigstens ein
Oberlicht und von der Seite im spitzen Winkel in bezug auf die Oberfläche
durch wenigstens ein Unterlicht beleuchtbar ist und das von der Oberfläche
reflektierte und/oder gestreute Licht innerhalb einer Prüfzeit von wenigstens
einem lichtempfindlichen Empfänger aufgenommen und wenigstens ein Istbild
erzeugt wird, das mit wenigstens einem Sollbild verglichen wird. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die optische Prüfung der bedruckten Oberfläche
einer Compact-Disc, so daß im folgenden überwiegend von einer CD die Rede
ist, ohne daß damit eine Beschränkung verbunden sein soll.
In der letzten Zeit haben sich CD′s aufgrund der hohen möglichen
Klangqualität als Tonträger für den Hausgebrauch und der hohen möglichen
Datendichte als reiner Datenträger in der Datenverarbeitung immer mehr
durchgesetzt. Es handelt sich daher um ein Massenprodukt, das jedoch hohen
bis höchsten Qualitätsansprüchen, insbesondere bei der Verwendung als reiner
Datenträger, genügen muß.
Eine CD besteht im allgemeinen aus einer im Querschnitt mehrschichtigen
kreisrunden Scheibe mit einem mittigen Kernloch für die Aufnahme und
Zentrierung in einem Abspielgerät. Die CD setzt sich von unten, d. h. von der
Leseseite des Abspielgerätes her gesehen, nach oben aus einer lichtdurchlässi
gen Kunststoffschicht, auf der alle Informationen in Form von Vertiefungen
(Pits) enthalten sind, einer dünnen metallischen Schicht, im allgemeinen aus
Aluminium, zum Verspiegeln der Kunststoffschicht, und einer dünnen
Lackschicht, die im allgemeinen durch UV-Licht gehärtet wird, zum Schutz der
Metallschicht zusammen. Auf die UV-Lackschicht wird dann der Aufdruck, das
sogenannte Label, für die Information des Verbrauchers mit bekannten
Druckverfahren aufgebracht.
In radialer Richtung kann man bei einer CD mehrere koaxiale, kreisringförmige
Bereiche vom Kernloch ausgehend nach außen unterscheiden. Unmittelbar am
Kernloch befindet sich der Bereich, der zum Einspannen der CD in dem
Abspielgerät dient. Daran schließt sich ein Bereich an, in dem der sogenannte
Ident-Code eingeprägt ist, anhand dessen die CD eindeutig identifiziert werden
kann. Anschließend folgt der Bereich, der zur eigentlichen Datenspeicherung
dient. Falls die CD bis zu ihrer maximalen Speicherkapazität bespielt ist, endet
der Bereich unmittelbar am äußeren Randbereich. Andernfalls ist zwischen
dem Randbereich der CD und dem Datenbereich noch das sogenannte
Lead-Out oder ein Spiegel band angeordnet.
Bei der Herstellung wird zunächst ein Rohling aus Polycarbonat im
Druckgußverfahren hergestellt, wobei durch die Matrize bereits alle
Informationen eingeprägt werden. Anschließend wird die eine Oberfläche des
Rohlings mit der metallischen Spiegelschicht im Sputterverfahren versehen und
mit der Lackschicht versiegelt. Um eine gleichförmige Verteilung der
Lackschicht zu erhalten und um eine möglichst dünne Schicht zu erzielen, wird
die CD bei diesem Vorgang zentrifugiert. Anschließend erfolgt das Bedrucken
der CD mit dem Label.
Das Label ist für die Funktion der CD grundsätzlich ohne Bedeutung, da das
Ablesen einer CD von der Unterseite her erfolgt. Für die Verbraucher ist jedoch
ein einwandfreies Label häufig ein Kriterium für eine einwandfreie
Abspielbarkeit der CD, so daß es erforderlich ist, einen fehlerfreien Druck auf
der Oberfläche der CD zu erzeugen. Die UV-Lackschicht einer CD muß jedoch
stets einwandfrei sein, da ansonsten die Gefahr besteht, daß die darunter
liegende Metallschicht frühzeitig oxidiert, wodurch Ablesefehler entstehen
können. Es sind daher Verfahren erforderlich, mit denen die Oberfläche der CD,
also das Label und gegebenenfalls auch die UV-Lackschicht geprüft werden
können. Da eine Prüfung jeder CD nach der Herstellung durchgeführt werden
muß, ist es erforderlich, das Prüfungsverfahren für die Oberfläche der CD in
den laufenden Produktionsprozeß einzugliedern. Dadurch steht dem
Prüfungsverfahren häufig nur eine begrenzte Prüfzeit zur Verfügung.
Die Oberfläche der CD ist im allgemeinen beliebig bedruckt. So können
beispielsweise Farbflächen, Bilder, Schriften oder dergleichen mit den
unterschiedlichsten Farbauftragsverfahren aufgebracht sein. Selbstverständlich
ist es auch möglich, daß die CD teilweise nicht bedruckt ist, so daß von oben
die Metallschicht durch den UV-Lack erkennbar ist. Weiterhin ist die CD häufig
am inneren und äußeren Randbereich weder bedruckt noch mit einer
Metallschicht versehen und somit dort durchsichtig.
Für die Prüfung der bedruckten Oberfläche der CD wird im allgemeinen ein
optisches Verfahren eingesetzt, bei welchem die Oberfläche der CD von einem
lichtempfindlichen Empfänger, im allgemeinen einer elektronischen
CCD-Kamera, in der Draufsicht von oben aufgenommen wird. Das aufgenommene
Istbild wird in einer Datenverarbeitungsanlage mit einem vorher eingemessenen
Sollbild von einer einwandfreien Oberfläche mit bestimmten Prüfungskriterien
verglichen. Jede Abweichung wird dann als Fehler erfaßt, und die CD wird in
Abhängigkeit von der Größe und der Art der Abweichung aussortiert.
Grundsätzlich ist festzustellen, daß unterschiedlich bedruckte oder nicht
bedruckte Bereiche einer CD bei unterschiedlichen Beleuchtungen der CD
unterschiedlich erscheinen. Bei einer Beleuchtung von oben wird das von der
Oberfläche reflektierte Licht von der Kamera empfangen. Dadurch erscheinen
beispielsweise Metall- oder Spiegelflächen hell. Die Farben bleiben jedoch bei
einer derartigen Beleuchtung im wesentlichen dunkel. Bei einer Beleuchtung
der Oberfläche der CD unter einem spitzen Winkel von der Seite wird das von
der Oberfläche gestreute Licht von der Kamera empfangen. Dadurch können
der Farbton und die Farbsättigung erfaßt werden.
Es ist offensichtlich, daß bei einer Prüfung der CD mit nur einer Beleuchtung
von oben oder mit nur einer Beleuchtung von der Seite manche Aufdrucke und
somit eventuelle Abweichungen nicht erfaßt werden können. So erscheinen
metallische Flächen bei einer seitlichen Beleuchtung in der Draufsicht schwarz,
und schwarze Aufdrucke können darauf nicht erfaßt werden, da sie nur im
Oberlicht erkennbar sind. Bei einer Beleuchtung von oben erscheinen jedoch
Farben in der Draufsicht in der Regel dunkel, so daß die Farbsättigung oder der
Farbton nicht geprüft werden können. Ferner ist zu beachten, daß bei
fehlendem Aufdruck im Datenbereich der CD die Pitstruktur, die auch auf der
Metalloberfläche zu sehen ist, sich wie ein optisches Spiegelgitter verhält, so
daß eine Farbzerlegung des Unterlichtes bewirkt wird. Dies führt dazu, daß
eventuelle Farbaufdrucke, die die gleiche Farbe wie die im allgemeinen zufällige
Farbzerlegung aufweisen, nicht mehr zuverlässig erkannt werden können.
Aus diesem Grund wird bei einem bekannten Verfahren während der Prüfzeit
die Kamera einmal belichtet, während die CD gleichzeitig sowohl von oben mit
dem sogenannten Oberlicht als auch von der Seite in einem spitzen Winkel in
bezug auf die Oberfläche mit dem sogenannten Unterlicht beleuchtet wird,
wodurch annehmbare Ergebnisse erzielt worden sind. Durch die gleichzeitige
Beleuchtung mit Ober- und Unterlicht können jedoch einige Arten und Fehler
des Druckes oder der Oberfläche der CD nicht immer erfaßt werden. Ferner
besteht die Gefahr, daß die Fehler, die in dem einen Licht gut erkennbar
wären, durch die gleichzeitige Beleuchtung mit dem anderen Licht hinsichtlich
ihrer Erkennbarkeit abgeschwächt werden, so daß beispielsweise kleine oder
kontrastarme Fehler kaum zu detektieren sind.
So erscheint zum Beispiel eine metallische oder verspiegelte Fläche im
Unterlicht in der Draufsicht schwarz, während sie im Oberlicht hell erscheint.
Dies führt dazu, daß das Istbild dort einen Grauton annimmt, da die Kamera
sowohl von dem einen als auch von dem anderen Licht belichtet wird. Ein
grauer Aufdruck, der den gleichen Grauton wie diesen erzeugten Grauton
aufweist, kann daher nicht mehr erfaßt und somit nicht geprüft werden. Auch
können die Einflüsse der Farbzerlegung aufgrund des durch die Pitstruktur
gebildeten Spiegelgitters nicht zuverlässig vermieden werden.
Die Folge ist, daß entweder ein Fehler nicht erkannt werden kann, oder ein
sogenannter Pseudofehler angezeigt wird. Dadurch wird jedoch ein unnötiger
Ausschuß erzeugt. Um die gegenseitige Störung der Beleuchtung zumindest
teilweise zu kompensieren ist es weiterhin bekannt, daß zum Erstellen des
Sollbildes die bedruckte Oberfläche der CD vor dem eigentlichen Prüfverfahren
abwechselnd nur von dem Oberlicht und nur von dem Unterlicht belichtet wird,
um beispielsweise vorher die metallischen Flächen, die Spiegelflächen oder die
durchsichtigen Randbereiche zu detektieren. In diesen Bereichen kann dann der
Vergleich zwischen Istbild und Sollbild mit unterschiedlichen Kriterien erfolgen.
Dennoch können auch hier nicht alle Fehler zuverlässig erkannt werden. So
bewirken Kratzer auf der Oberfläche beispielsweise eine Abschwächung des
reflektierten Oberlichtes, während sie eine Verstärkung der Streuung des
Unterlichtes in diesem Bereich bewirken. Dies hat zur Folge, daß der Kratzer im
Oberlicht dunkel und im Unterlicht hell erscheint, so daß der Kratzer auf dem
resultierenden Kamerabild nicht oder nur sehr kontrastarm zu sehen ist und
nicht zu einer Aussortierung führt. Auch können unterschiedliche
Oberflächenrauhigkeiten nicht erfaßt werden, da durch eine rauhere Oberfläche
der Anteil des reflektierten Lichtes erniedrigt wird und gleichzeitig der Anteil
des gestreuten Lichtes zunimmt, wodurch in dem von der Kamera
aufgenommenen Bild kaum ein Unterschied wahrnehmbar ist.
Ferner können bei einer gleichzeitigen Beleuchtung, die häufig auch wegen der
kurzen zur Verfügung stehenden Prüfzeit angewendet wird, Fehler im UV-Lack
nicht zuverlässig erkannt werden. Insbesondere können überdruckte Lackfehler
nicht erkannt werden, da diese letztlich nur eine Profilveränderung der CD
bewirken. Eine Profilveränderung oder eine fehlende Lackschicht erscheinen
jedoch ebenfalls in dem einen Licht hell, während sie in dem anderen Licht
dunkel erscheinen, so daß auch hier bei der gleichzeitigen Beleuchtung durch
das Oberlicht und das Unterlicht eine Schwächung des Kontrastes bewirkt
wird und eine Detektion des Fehlers nicht mehr möglich ist.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum optischen Prüfen einer Oberfläche eines Gegenstandes vorzusehen, mit
denen die obengenannten Nachteile vermieden werden können. Gemäß einer
weiteren Aufgabe der Erfindung soll erreicht werden, daß das Verfahren ohne
weiteres in den laufenden Produktionsprozeß des betreffenden Gegenstandes
eingegliedert werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß während der
Prüfzeit die Oberfläche von dem lichtempfindlichen Empfänger wenigstens
zweimal aufgenommen und während den jeweiligen Aufnahmezeiten durch
eine zumindest zeitweilige Beleuchtung von oben und/oder von der Seite in
unterschiedlicher Weise beleuchtet wird, um wenigstens zwei Istbilder bei
unterschiedlicher Beleuchtung der Oberfläche zu erhalten. Die erhaltenen Bilder
können dann mit entsprechenden Sollbildern verglichen werden, die
beispielsweise ebenfalls durch eine entsprechende Beleuchtung durch das
Oberlicht und/oder Unterlicht erhalten worden sind. Dies hat den Vorteil, daß
eine Abschwächung des Kontrastes von bestimmten Fehlerphänomenen oder
eine Beeinflussung der farblichen Wiedergabe durch eine Vermischung des
reflektierten und des gestreuten Lichtes bei einer gleichzeitigen Beleuchtung
mit dem Oberlicht und dem Unterlicht vermieden werden können.
Insbesondere ist es möglich, die Beleuchtung so auszuwählen, daß in jeder
Aufnahmezeit ein bestimmter Bereich, ein bestimmtes Merkmal, eine
bestimmte eventuelle Fehlererscheinung oder dergleichen der Oberfläche
besonders deutlich aufgenommen werden und mit einem entsprechenden
Sollbild verglichen werden kann. Insbesondere können daher auch Fehler in der
UV-Lackschicht, die gegebenenfalls sogar überdruckt sind, erfaßt werden, da
die Beleuchtung in einer Aufnahmezeit so gewählt werden kann, daß eine
Abschwächung der lediglich durch das abweichende Profil veränderten
bildlichen Darstellung nicht mehr auftritt.
Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn in den jeweiligen Aufnahmezeiten die
Beleuchtung der Oberfläche jeweils nur durch das Oberlicht oder das Unterlicht
erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß der lichtempfindliche Empfänger in einer
Aufnahmezeit nur von dem Oberlicht und in der anderen Aufnahmezeit nur von
dem Unterlicht belichtet wird, so daß eine gegenseitige Beeinflussung
vermieden wird.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein häufiges An- und Ausschalten der Lampen
der entsprechenden Lichtquellen für das Oberlicht beziehungsweise Unterlicht
in der im allgemeinen kurzen vorgesehenen Prüfzeit, die bei einer Prüfung einer
CD nur etwa 100 Millisekunden beträgt, nicht ohne weiteres möglich ist.
Insbesondere führt dies zu Problemen bei Halogenlampen oder Halogenmetall
dampflampen, die zwar ein für die Beleuchtung erwünschtes Wellenspektrum
erzeugen, sich jedoch nicht in dieser kurzen Zeit zünden und/oder abstellen
lassen.
Es kann daher in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, daß
während der Prüfzeit die Beleuchtung der Oberfläche durch das Oberlicht im
wesentlichen kontinuierlich erfolgt, während die Beleuchtung der Oberfläche
durch das Unterlicht nur während wenigstens eines Zeitabschnitts in
wenigstens einer Aufnahmezeit zusätzlich erfolgt. Alternativ kann vorgesehen
werden, daß während der Prüfzeit die Beleuchtung der Oberfläche durch das
Unterlicht im wesentlichen kontinuierlich erfolgt, während die Beleuchtung der
Oberfläche durch das Oberlicht nur während wenigstens eines Zeitabschnitts
in wenigstens einer Aufnahmezeit zusätzlich erfolgt. Auch wenn in einer der
Aufnahmezeiten nunmehr die Oberfläche der CD sowohl von dem Unterlicht
als auch von dem Oberlicht beleuchtet worden ist, können die Effekte der
gegenseitigen Beeinflussungen durch das Vorliegen des anderen Istbildes, das
nur mit dem Oberlicht oder nur mit dem Unterlicht aufgenommen worden ist,
in der Datenverarbeitungsanlage kompensiert werden.
In einer vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Oberlicht und das Unterlicht jeweils eine Belichtung des lichtempfindlichen
Empfängers mit unterschiedlicher Intensität bewirken und daß die
Belichtungszeiten für eine zumindest näherungsweise Vollaussteuerung des
lichtempfindlichen Empfängers in den jeweiligen Aufnahmezeiten entsprechend
angepaßt sind. Dies hat den Vorteil, daß bei einer beispielsweise
kontinuierlichen Beleuchtung der CD durch das Unterlicht mit einer Lichtstärke,
die eine schwächere Belichtung des lichtempfindlichen Empfängers bewirkt,
beim Hinzuschalten des Oberlichtes beispielsweise in der zweiten
Aufnahmezeit, in der aufgrund des stärkeren Oberlichtes eine kürzere
Belichtungszeit des lichtempfindlichen Empfängers als die erste Belichtungszeit
eingestellt ist, der lichtempfindliche Empfänger überwiegend mit dem von dem
Oberlicht erzeugten Licht belichtet wird. Die Beeinflussungen durch das
Unterlicht können daher verringert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dabei
vorgesehen, daß die Intensitäten der jeweiligen Beleuchtungen so gewählt
sind, daß bei gleichzeitiger Beleuchtung der Oberfläche durch das Oberlicht
und das Unterlicht in einer Belichtungszeit des lichtempfindlichen Empfängers
das eine Licht eine zumindest näherungsweise Vollaussteuerung des
lichtempfindlichen Empfängers bewirkt, während in derselben Belichtungszeit
das andere Licht nur einen Bruchteil der Vollaussteuerung des lichtempfindli
chen Empfängers bewirkt. Dies hat den Vorteil, daß eine Beeinflussung der
Belichtung während der Belichtungszeit, in der sowohl das Oberlicht als auch
das Unterlicht die CD beleuchten, durch das schwächere Licht weitestgehend
vermieden werden kann, da in der kurzen Belichtungszeit das schwächere
Licht kaum eine Belichtung des lichtempfindlichen Empfängers bewirken kann.
Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Intensitäten der jeweiligen
Beleuchtungen so bemessen sind, daß das Verhältnis der erforderlichen
Belichtungszeiten von dem einen oder anderen Licht für die Vollaussteuerung
des lichtempfindlichen Empfängers in den jeweiligen Aufnahmezeiten
wenigstens 1 : 10 bis 1 : 200 beträgt. Grundsätzlich ist dabei zu beachten, daß
die Beeinflussung durch das schwächere Licht um so größer wird, je kleiner
das Belichtungsverhältnis ist.
Grundsätzlich kann vorgesehen werden, daß die jeweilige Beleuchtung der
Oberfläche von oben oder von der Seite durch entsprechendes Ein- und
Ausschalten von entsprechenden Lichtquellen bewirkt wird. Weiterhin ist es
möglich, daß die Beleuchtung der Oberfläche von oben oder von der Seite
durch Abdecken von entsprechenden Lichtquellen mit entsprechenden
Abdeckmitteln, beispielsweise mechanischen Elementen, bewirkt wird.
Zweckmäßig kann es sein, daß zumindest als Oberlicht Blitzlicht verwendet
wird. Dies hat den Vorteil, daß zum einen das entsprechende Licht in dem
gewünschten Zeitabstand erzeugt werden kann. Zum anderen besteht ein
Vorteil darin, daß Blitzlicht als eine Entladungslampe ebenfalls ein für die
Beleuchtung der CD erwünschtes Wellenspektrum erzeugt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß zumindest als Unterlicht eine
Entladungslampe, beispielsweise eine Halogenmetalldampflampe, verwendet
wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das betreffende Licht als
Dauerlicht eingesetzt wird. Durch eine Entladungslampe kann die Oberfläche
der CD mit dem gewünschten Wellenspektrum beleuchtet werden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Beleuchtung der Oberfläche von
oben und/oder von der Seite mit diffusem Licht erfolgt. Dies hat den Vorteil,
daß eventuelle Beeinflussungen oder Fehlbeurteilungen durch direkt
einfallendes Licht vermieden werden.
Es ist zu beachten, daß die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
gemäß der Erfindung im allgemeinen in eine automatisierte Vorrichtung zum
Herstellen und/oder Bedrucken des Gegenstandes, beispielsweise der CD,
eingebaut wird. Es ist daher erforderlich, daß die CD von Transportmitteln zu
der Aufnahmeeinrichtung der Prüfvorrichtung hin- und von der Aufnahmeein
richtung wegbewegt werden muß. Dies führt im allgemeinen dazu, daß das
Unterlicht gegenüber der Umgebung nicht ohne weiteres, insbesondere nicht
ohne eine Behinderung der Transportmittel, abgeschirmt werden kann. Somit
strahlt das an der CD reflektierte Unterlicht frei in die Umgebung. Aus diesem
Grund wird von einer Verwendung von Blitzlicht als Unterlicht im allgemeinen
abgesehen, da dies aufgrund der hohen Lichtstärke und der hohen
Taktfrequenz eine starke Beeinträchtigung des Bedienpersonals zur Folge
hätte. Ansonsten kann auch das Unterlicht als Blitzlicht ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Oberfläche
der CD kontinuierlich durch das Unterlicht und in einer der Aufnahmezeiten
durch ein als Blitzlicht ausgebildetes Oberlicht zusätzlich wenigstens einmal
beleuchtet wird, wobei die Belichtungszeiten des lichtempfindlichen
Empfängers entsprechend eingestellt sind. Dabei ist in einer zweckmäßigen
Ausführungsform vorgesehen, daß zumindest der Strahlengang des
Oberlichtes zumindest teilweise gegenüber der Umgebung abgeschirmt wird,
um eine Blendung zu vermeiden. Der Strahlengang des Oberlichtes kann
leichter gegenüber der Umgebung abgeschirmt werden, da daß Oberlicht nicht
in unmittelbarer Nähe der CD angeordnet ist. Ferner strahlt das reflektierte
Licht des Oberlichtes nicht frei in die Umgebung, sondern wird im Objektiv des
lichtempfindlichen Empfängers gesammelt. In der Umgebung ist das Oberlicht
als Blitzlicht nur aufgrund von Streuungen an der Oberfläche der CD
wahrnehmbar und stört daher im allgemeinen nicht.
Bei automatischen optischen Prüfverfahren werden in der Regel elektronische
CCD-Kameras verwendet, die die empfangenen Lichtstrahlen unmittelbar in ein
elektrisches Signal umwandeln. Bei diesen Kameratypen wird die
Belichtungszeit durch eine entsprechende Ansteuerung im sogenannten
Shutter-Mode eingestellt. Dies bedeutet, daß die Kamera nur für Bruchteile von
Sekunden, die der Belichtungszeit entsprechen, lichtempfindlich ist. Auf diese
Weise führen auch Beleuchtungen mit hoher Intensität, beispielsweise durch
Blitzlicht, zu richtig belichteten Aufnahmen.
Die üblicherweise verwendeten Videokameras arbeiten mit einer 50
Hz-Frequenz zur zeilenweisen Erstellung eines Halbbildes. Dies bedeutet, daß ein
Halbbild nach 20 Millisekunden und ein Vollbild nach 40 Millisekunden
unabhängig von der tatsächlichen Belichtungszeit vorliegt. Um nun mit
Blitzlicht ein Vollbild erzeugen zu können, ist es erforderlich, daß der
lichtempfindliche Empfänger sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Periode zur Erstellung eines Halbbildes belichtet wird. Es ist daher in einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Oberfläche
zweimal während wenigstens einer Aufnahmezeit durch Blitzlicht belichtet
wird. Dies ist innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens ohne weiteres möglich.
Der Abstand der Blitzlichte wird so gewählt, daß bei einem lichtempfindlichen
Empfänger, beispielsweise einer CCD-Kamera, die ein Vollbild in zwei
aufeinanderfolgenden Perioden zur Erstellung eines Halbbildes erzeugt, das
eine Blitzlicht in die erste und das zweite Blitzlicht in die zweite Periode zur
Erzeugung eines Halbbildes fällt.
Die Erstellung von zwei aufeinanderfolgenden Bildern in zwei Aufnahmezeiten
dauert demnach etwa 80 Millisekunden, während eine Prüfzeit von etwa 100
Millisekunden zur Verfügung steht. Insbesondere bei der Verwendung eines
Dauerlichtes, zu dem in der wenigstens einen Aufnahmezeit wenigstens ein
Blitzlicht hinzugeschaltet wird, ist daher eine Eingliederung in einen laufenden
Produktionsprozeß auch bei einer sehr kurzen zur Verfügung stehenden
Prüfzeit möglich.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum optischen Prüfen einer
Oberfläche, insbesondere einer Compact-Disc (CD), bei welcher die Oberfläche
durch wenigstens ein Oberlicht im wesentlichen von oben und durch
wenigstens ein Unterlicht von der Seite im spitzen Winkel in bezug auf die
Oberfläche beleuchtbar ist und wenigstens ein lichtempfindlicher Empfänger
vorgesehen ist, um das von der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute
Licht aufzunehmen, und bei welcher eine Einrichtung vorgesehen ist, um in
einer Prüfzeit wenigstens ein Istbild zu erzeugen und mit wenigstens einem
Sollbild zu vergleichen. Um in vorteilhafter Weise das oben erläuterte
Verfahren gemäß der Erfindung durchführen zu können ist vorgesehen, daß ein
erstes Steuermittel vorgesehen ist, um den lichtempfindlichen Empfänger in
der Prüfzeit wenigstens zweimal auszulösen, und daß ein zweites Steuermittel
vorgesehen ist, das mit dem ersten Steuermittel und mit dem Oberlicht und
dem Unterlicht verbunden ist und so mit dem ersten Steuermittel
zusammenwirkt, daß während den jeweiligen Aufnahmezeiten die Oberfläche
durch eine zumindest zeitweilige Beleuchtung mit dem Oberlicht und/oder dem
Unterlicht in unterschiedlicher Weise beleuchtbar ist, um wenigstens zwei
Istbilder bei unterschiedlicher Beleuchtung der Oberfläche zu erhalten. Mit
dieser Vorrichtung ist es möglich, während den jeweiligen Aufnahmezeiten
durch eine abwechselnde und/oder durch eine kombinierte Beleuchtung der
Oberfläche mit dem Unterlicht und/oder dem Oberlicht die gewünschte
optimale Beleuchtung einzustellen.
Dabei kann vorgesehen werden, daß das Oberlicht oder das Unterlicht ein
intermittierendes Licht ist. Auch kann vorgesehen werden, daß zumindest das
Unterlicht ein Dauerlicht ist. Dadurch können in einfacher Weise
unterschiedliche Beleuchtungszustände während den jeweiligen
Aufnahmezeiten erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Oberlicht und
das Unterlicht eine Beleuchtung des lichtempfindlichen Empfängers mit
unterschiedlicher Intensität bewirken und die Belichtungszeiten des
lichtempfindlichen Empfängers in den Aufnahmezeiten entsprechend der
jeweils vorherrschenden Beleuchtung angepaßt sind. Dadurch können in den
unterschiedlichen Aufnahmezeiten unterschiedliche Beleuchtungen derart
eingestellt werden, daß eine Beeinflussung des aufgenommen Bildes in der
Belichtungszeit des lichtempfindlichen Empfängers, in der das stärkere Licht
zusätzlich zu dem schwächeren Licht die CD beleuchtet, durch daß
schwächere Licht vermieden werden kann.
Bei der Vorrichtung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zumindest das
Oberlicht als Lichtquelle ein Blitzlicht aufweist. Weiterhin kann vorgesehen
sein, daß zumindest das Unterlicht als Lichtquelle eine Entladungslampe,
beispielsweise eine Halogenmetalldampflampe, aufweist. Durch die
Verwendung von Blitzlicht kann die erforderliche Taktzeit des intermittierenden
Lichtes eingehalten werden. Ferner hat die Verwendung von Blitzlicht und auch
einer Entladungslampe den Vorteil, daß die CD mit dem gewünschten
Wellenspektrum, das dem des Tageslichtes zumindest näherungsweise
entspricht, beleuchtet werden kann.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß
zumindest der Strahlengang des Oberlichtes durch wenigstens ein
Abdeckelement zumindest teilweise gegenüber der Umgebung abgeschirmt ist,
um eine Blendung zu vermeiden. Dies hat den Vorteil, daß auch bei einer
Verwendung von Blitzlicht als Oberlicht eine Beeinträchtigung des
Bedienpersonals der Herstellungsmaschinen weitestgehend vermieden wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Prüfvorrichtung,
Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht einer anderen Prüfvorrichtung
zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung, und
Fig. 3a bis 3d verschiedene Zeitabläufe der Beleuchtungen in einer Prüfzeit.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 zum optischen Prüfen einer
Oberfläche einer Compact-Disc (CD) weist einen im allgemeinen
säulenförmigen vertikalen Aufbau auf, an dem die einzelnen Funktionselemente
befestigt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Zeichnung die für die
Befestigung der einzelnen Funktionselemente erforderlichen Haltemittel nicht
dargestellt.
Die Vorrichtung 10 ist an ihrem unteren Abschnitt mit einer ebenfalls nicht
dargestellten Aufnahmeeinrichtung für eine CD versehen, mit der die zu
prüfende CD 11 zur Prüfung aufgenommen und zentriert wird. In Richtung der
Längsachse 12 der Vorrichtung 10, die im wesentlichen der Drehachse der CD
11 entspricht, befindet sich im oberen Bereich der Vorrichtung ein
lichtempfindlicher Empfänger 13, beispielsweise eine elektronische
CCD-Kamera, um die Oberfläche der CD 11 in der Draufsicht aufnehmen zu können.
Die CD 11 kann für die Aufnahmen durch den lichtempfindlichen Empfänger
13 von oben durch ein Oberlicht 14 und/oder von der Seite unter einem
spitzen Winkel in bezug auf die Oberfläche der CD 11 durch ein Unterlicht 15
beleuchtet werden. Im einzelnen ist die Anordnung bei dem Oberlicht 14 so
getroffen, daß zwischen der CD 11 und dem lichtempfindlichen Empfänger 13
etwa in der oberen Hälfte der Vorrichtung 10 ein teildurchlässiger Spiegel 16
derart angeordnet ist, daß das von einer seitlichen Lichtquelle 17 ausgestrahlte
Licht an dem Spiegel 16 in Richtung auf die CD 11 reflektiert wird und die CD
11 von oben beleuchtet. Das von der CD 11 reflektierte Licht durchläuft den
teildurchlässigen Spiegel 16 in Richtung auf den lichtempfindlichen Empfänger
13 und belichtet diesen. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der CD 11 zu
erreichen, ist zwischen der Lichtquelle 17 und dem teildurchlässigen Spiegel
16 ein Diffusor 18 vorgesehen. Diese räumliche Anordnung der Vorrichtung ist
so gewählt worden, da zwischen dem Oberlicht 14 und der unteren Aufnahme
für die CD 11 im laufenden Herstellungsprozeß ein Greifmittel zum
Transportieren der CD hin- und herbewegt wird. Der Abstand zwischen der CD
11 und der Unterkante der das Oberlicht und die Kamera aufnehmenden
Einheit richtet sich dabei nach den örtlichen Gegebenheiten.
Bei dem Unterlicht 15 ist die Anordnung so getroffen, daß eine im
wesentlichen ringförmige Lichtquelle 19, die auch aus mehreren in
Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordneten einzelnen Lampen
bestehen kann, seitlich oberhalb in unmittelbarer Nähe der CD 11 vorgesehen
ist. Dadurch wird die CD 11 mit einem unter einem spitzen Winkel einfallenden
Licht beleuchtet. Das Unterlicht 15 ist dabei so ausgerichtet, daß lediglich von
der Oberfläche der CD 11 gestreutes Licht zu dem lichtempfindlichen
Empfänger 13 gelangen kann. Dadurch kommen insbesondere die
Farbsättigung und der Farbton des Druckes gut zur Geltung. Für eine
gleichmäßige Beleuchtung der CD 11 kann auch hier zwischen der Lichtquelle
und der Oberfläche der CD 11 ein Diffusor vorgesehen werden.
Sowohl für die Lichtquelle 17 des Oberlichtes 14 als auch für die Lichtquelle
19 des Unterlichtes sind entsprechende Abdeckelemente 20 vorgesehen, um
zu vermeiden, daß der lichtempfindliche Empfänger 13 unmittelbar von den
jeweiligen Lichtquellen beleuchtet wird. Um eine Blendung des Bedienpersonals
zu vermeiden, ist das Oberlicht 14 durch ein hülsenförmiges Abdeckelement
21 gegenüber der Umgebung abgeschirmt. Dieses Abdeckmittel 21 umgibt die
Lichtquelle 17 des Oberlichtes 14 und den Spiegel 16 und kann sich bis zu
dem lichtempfindlichen Empfänger 13 erstrecken, um eventuelle
Beeinflussungen des erfaßten Bildes durch Umgebungslicht zu vermeiden.
Der Ausgang des lichtempfindlichen Empfängers 13 steht in Verbindung mit
einer Datenverarbeitungsanlage 22, in der die aufgenommenen Bilder der
Oberfläche der CD 11 mit wenigstens einem vorher eingemessenen Sollbild
verglichen werden. Die Datenverarbeitungsanlage 22 liefert beispielsweise in
Abhängigkeit von dem Prüfungsergebnis ein entsprechendes Signal an die
Handhabungseinrichtung für die CD, um eine fehlerhafte CD auszusortieren
oder dem weiteren Produktionsprozeß zuzuführen.
Die Datenverarbeitungsanlage 22 steht ferner in Verbindung mit einem ersten
Steuermittel 23 und einem zweiten Steuermittel 24, um die unterschiedlichen
Beleuchtungen durch das Oberlicht 14 und/oder das Unterlicht 15 während
den jeweiligen Aufnahmezeiten zu steuern und den lichtempfindlichen
Empfänger 13 entsprechend einzustellen. Im einzelnen ist die Anordnung so
getroffen, daß das erste Steuermittel 23 in Verbindung mit dem Auslöser des
lichtempfindlichen Empfängers 13 steht, um dessen Belichtungszeiten
einzustellen. Das zweite Steuermittel 24 steht zum einen in Verbindung mit
der Lichtquelle 17 des Oberlichtes 14 und der Lichtquelle 19 des Unterlichtes
15, um diese entsprechend der vorgegebenen Beleuchtungsarten ein- und
auszuschalten. Zum anderen steht das Steuermittel 24 in Verbindung mit dem
ersten Steuermittel 23, um eine Synchronisation der Beleuchtung mit dem
Auslösen des lichtempfindlichen Empfängers 13 zu ermöglichen. Es ist
selbstverständlich auch möglich, daß die Aufgaben der Steuermittel 23 und 24
unmittelbar von der Datenverarbeitungsanlage 22 ausgeführt werden können.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zum optischen
Prüfen einer Oberfläche einer CD dargestellt. Hinsichtlich der Funktionsweise
stimmt die Vorrichtung 30 gemäß Fig. 2 mit der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1
überein, und es werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Der wesentliche Unterschied beider Vorrichtungen besteht darin, daß die
Anordnung des lichtempfindlichen Empfängers 13 und der zu prüfenden CD 11
in Form eines telezentrischen Aufbaus erfolgt. Dazu ist eine Linsenanordnung
31, beispielsweise ein Achromat, vorgesehen, durch die die CD 11 von dem
Oberlicht mit im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen beleuchtet wird. Die
reflektierten Lichtstrahlen der CD 11 werden in dieser Linsenanordnung 31
gebündelt und auf das Objektiv 32 des lichtempfindlichen Empfängers 13
projiziert. Durch diesen Aufbau ist es möglich, daß die Breite der Vorrichtung
30 gegenüber der Breite einer herkömmlichen Prüfeinrichtung wesentlich
reduziert werden kann. Die Breite wird hier im wesentlichen durch den
Durchmesser der Linsenanordnung 31 bestimmt, der nur geringfügig größer zu
sein braucht als der Durchmesser einer CD oder die größte Breite der zu
prüfenden Oberfläche.
Das Unterlicht 15 kann ebenfalls ringförmig ausgebildet sein. Zweckmäßig ist
es jedoch, das Unterlicht auf nur einer Seite der CD 11 vorzusehen. Das
Unterlicht ist dann mit einer Linsenanordnung versehen, die eine gleichmäßige
Beleuchtung der CD ermöglicht. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs
beispiel weist das Unterlicht 15 eine Lichtquelle 33 eine Sammellinse 34, eine
Zylinderlinse 35 und einen Spiegel 36 auf. Für eine bessere Ausnutzung des
abgestrahlten Lichtes kann hinter der Lichtquelle 33 noch ein Hohlspiegel 37
vorgesehen sein. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß das Licht
der Lichtquelle 33 zunächst durch die sphärische Sammellinse 34 gebündelt
und anschließend durch die Zylinderlinse 35 in einer Ebene erneut zu im
wesentlichen parallelen Strahlen gebündelt wird, so daß ein Lichtbündel
entsteht, das die Oberfläche der CD 11 von oben her gesehen mit leicht
divergierenden und von der Seite her gesehen mit im wesentlichen parallelen
Lichtstrahlen beleuchtet. Die Reihenfolge der Linsen kann auch verändert
werden.
Für eine homogene Beleuchtung ist ferner vorgesehen, daß die Zylinderlinse 35
verkippbar ausgebildet ist. Dadurch können die stets vorhandenen Linsenfehler
durch eine entsprechende Verkippung dahingehend ausgenutzt werden, daß
die Oberfläche der CD 11 ausgehend von dem Rand, der dem Unterlicht am
nächsten ist, bis zu dem dem Unterlicht abgekehrten Rand mit einer im
wesentlichen gleichen Lichtstärke beleuchtet wird.
Dadurch, daß nunmehr das Unterlicht nur noch auf einer Seite der CD
angeordnet ist, wird ein Zugriff der Handhabungsmittel der Produktionsvorrich
tung wesentlich erleichtert. Ferner wird die Breite der Prüfvorrichtung 30 im
unteren Bereich verringert, da die Beleuchtung nicht mehr durch ein
ringförmiges Unterlicht erfolgt, das die CD entlang ihrem Umfang seitlich
umgibt und somit einen erhöhten radialen Platzbedarf erfordert.
Durch diese Maßnahmen, nämlich insbesondere die telezentrische Anordnung
und gegebenenfalls auch die Verwendung eines Unterlichtes, das die CD 11
nur von einer Seite bestrahlt, ist es möglich, daß eine derartige Prüfvorrichtung
in einer sogenannten Doppelnutzenanlage für die Herstellung von CD′s
eingesetzt werden kann. Bei einer Doppelnutzenanlage liegen die CD′s sehr
dicht, beispielsweise mit einem Achsabstand von 135 mm (der Durchmesser
einer CD beträgt 120 mm) nebeneinander, so daß bei der Verwendung von
herkömmlichen Anlagen, die wesentlich breiter gebaut sind, bislang immer
Kompromißlösungen hinsichtlich der Beleuchtung und auch der Prüfschärfe in
Kauf genommen werden mußten. Nunmehr ist es möglich, zwei
Prüfvorrichtungen, die mit voller Prüfschärfe und mit stets einwandfreier
Beleuchtung arbeiten, nebeneinander in den Produktionsprozeß einzubauen.
Die konvergierenden Lichtstrahlen hinter der Linsenanordnung 31 werden zur
Verringerung der Bauhöhe wenigstens einmal umgelenkt, bevor sie in das
Objektiv 32 des lichtempfindlichen Empfängers 13 projiziert werden. Bei dem
in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Lichtstrahlen
zunächst an einem Spiegel 38 nach unten auf ein reflektierendes Element und
dort wieder nach oben in Richtung auf das Objektiv 32 des lichtempfindlichen
Empfängers 13 reflektiert. Durch diese zweimalige Strahlfaltung kann die Höhe
der Vorrichtung reduziert werden.
Das Licht für das Oberlicht kann beispielsweise über einen teildurchlässigen
Spiegel, der in dem Strahlengang zwischen dem lichtempfindlichen Empfänger
13 und der Linsenanordnung 31 angeordnet ist, durch eine Lichtquelle
eingebracht werden, die sich im Brennpunkt der Linsenanordnung 31 befindet.
Dies ist so zu verstehen, daß der Brennpunkt selbstverständlich auch durch
entsprechende Strahlumlenkungen verschoben sein kann. Bei der in der Fig. 2
gezeigten Ausführungsform ist für die Einbringung des Lichtes einer Lichtquelle
42 für das Oberlicht ein Prisma 40 vorgesehen, dessen eine Seite 41 das
reflektierende Element für die von der CD 11 reflektierten Strahlen darstellt
und als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet ist.
Das Prisma 40 ist im einzelnen so ausgebildet, daß eine andere Seite 39 des
Prismas 40 hinter der teildurchlässigen Spiegelseite 41 in Abhängigkeit von
dem Material des Prismas 40 in einem bestimmten Winkel α zu der
Spiegelseite 41 verläuft. Der Winkel α ist so zu wählen, daß die von einer
Lichtquelle 42 ausgehenden Lichtstrahlen durch eine Brechung an der Seite 39
und an der Seite 41 so auf den Spiegel 38 abgelenkt werden, daß die Strahlen
durch die Linsenanordnung 31 im wesentlichen parallel auf die CD 11
ausgerichtet werden. D. h., daß die von der Linsenanordnung 31
konvergierenden Strahlen in einem gedachten umgekehrten Verlauf durch den
Spiegel 38 reflektiert und an der einen Seite 41 und der anderen Seite 39 des
Prismas 40 so gebrochen werden, daß der Brennpunkt der Linsenanordnung
31 zumindest näherungsweise auf die Lichtquelle 42 trifft. Ferner ist der
Winkel so gewählt, daß die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen so
gebrochen werden, daß sie nicht direkt auf das Objektiv 32 des
lichtempfindlichen Empfängers 13 treffen und andererseits der lichtempfindli
che Empfänger 13 nicht in die Lichtquelle "sehen" kann. D. h., daß gedachte,
von dem lichtempfindlichen Empfänger 13 ausgehende Lichtstrahlen nach der
Brechung an der Seite 41 an der inneren Grenzfläche 44 der Seite 39 des
Prismas 40 eine Totalreflexion erfahren. Die dritte Seite 45 des Prismas 40,
auf die die gedachten Lichtstrahlen von dem lichtempfindlichen Empfänger
durch die Grenzfläche 44 total reflektiert werden, kann geschwärzt sein, um
eine Beeinflussung durch Streulicht zu vermeiden.
Durch diese Anordnung ist es möglich, daß die Abmessungen der Vorrichtung
auch in der Tiefe verringert werde können, da die Lichtquelle 42 für das
Oberlicht 14 in oder nahe der optischen Achse des lichtempfindlichen
Empfängers 13 angeordnet werden kann, ohne diesen zu beeinflussen. Eine
seitliche Anordnung der Lichtquelle, beispielsweise wie die der Lichtquelle 17
in Fig. 1, ist nicht mehr erforderlich. Für eine gleichmäßige Beleuchtung
können ferner noch entsprechende Diffusoren für das Ober- und/oder
Unterlicht vorgesehen werden, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt sind.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Spiegel 38
zusätzlich bewegbar ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß beispielsweise beim
Einmessen der Sollbilder für das Prüfverfahren der Spiegel 38 und somit die an
der CD 11 reflektierten um einen Bruchteil, beispielsweise die Hälfte, eines
Pixels des lichtempfindlichen Empfängers in wenigstens eine Koordinatenachse
des lichtempfindlichen Empfängers verschoben werden können. Dadurch kann
eine Verbesserung der Detektion dahingehend erfolgen, daß Belichtungsmes
sungen von nebeneinanderliegenden Pixeln miteinander verglichen und/oder
kombiniert werden können, um festzustellen, welche Art Oberfläche in diesem
Bereich vorliegt. Somit können beispielsweise Rasterdrucke, Metallic-Drucke
oder auch Bereiche mit scharfem Hell-Dunkel-Kontrast beim Einlesen des
Sollbildes eindeutig detektiert werden, so daß dort ein entsprechend
angepaßter Vergleich der Sollbilder mit den Istbildern durchgeführt werden
kann. Dadurch kann die Prüfgenauigkeit vergrößert und ein Pseudoausschuß
verringert werden.
Der Spiegel 38 kann grundsätzlich durch beliebige Mittel verschwenkt werden.
Wegen der möglichen geringen Wege und unkomplizierten Ansteuerung durch
eine elektronische Steuerung ist bei dem in der Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel ein Piezoaktuator 43 vorgesehen. Dieser Aktuator kann
beispielsweise mit drei auf die Spiegelrückseite wirkenden Stempeln versehen
sein, um den Spiegel so zu bewegen, daß die Lichtstrahlen auf dem
lichtempfindlichen Empfänger 13 jeweils etwa um ein Bruchteil eines Pixels in
x-Richtung, y-Richtung und in x, y-Richtung verschoben werden. In der
Ruhelage wird der Spiegel durch ein Federelement gegen die Anschlagsfläche
des Piezoaktuators 43 gedrückt um eine fixierte Position zu haben. Es können
daher vier Bilder in jeweils unterschiedlichen Blickrichtungen zum Einlesen des
Sollbildes in einfacher Weise erzeugt werden. Das laufende Prüfverfahren kann
beispielsweise bei feststehendem Spiegel durchgeführt werden. Sofern bei
einem laufenden Prüfungsverfahren ausreichend Zeit besteht, ist es
selbstverständlich auch möglich, den Spiegel innerhalb der Prüfzeit in
wenigstens eine Richtung zu bewegen.
In den Fig. 3a bis 3d sind mögliche Beleuchtungsarten beispielhaft dargestellt,
mit denen die Oberfläche der CD 11 innerhalb einer Prüfzeit TP für eine CD 11
während der jeweiligen Aufnahmezeiten TA1 und TA2 durch das Oberlicht OL
und/oder das Unterlicht UL unterschiedlich beleuchtet wird. In den Figuren ist
auf der Ordinate die Lichtintensität I und auf der Abszisse die Zeit t dargestellt.
In einem Schaubild sind übereinander zwei Abszissen jeweils für das Oberlicht
OL und das Unterlicht UL dargestellt.
In Fig. 3a wird die Oberfläche der CD in den jeweiligen Aufnahmezeiten TA1
und TA2 entweder nur von dem Oberlicht OL oder nur von dem Unterlicht UL
beleuchtet. Die somit erhaltenen Bilder der Oberfläche sind dann frei von
irgendwelchen Beeinflussungen durch das jeweilige andere Licht.
In Fig. 3b wird die Oberfläche der CD kontinuierlich von dem Oberlicht OL
beleuchtet, während in der zweiten Aufnahmezeit TA2 das Unterlicht UL mit
einer höheren Intensität hinzugeschaltet wird. Die Belichtungszeit TB des
lichtempfindlichen Empfängers 13 ist daher in der zweiten Aufnahmezeit TA2
entsprechend kürzer bemessen worden. Durch die höhere Intensität des
Unterlichtes werden die Beeinflussungen des aufgenommenen Bildes aufgrund
der gleichzeitigen Beleuchtung der Oberfläche durch das schwächere Oberlicht
OL während dieser Belichtungszeit TB verringert.
In Fig. 3c wird die Oberfläche kontinuierlich durch das Unterlicht UL
beleuchtet, während in der zweiten Aufnahmezeit TA2 das Oberlicht OL mit
einer wesentlich höheren Intensität I, beispielsweise als Blitzlicht,
hinzugeschaltet wird. Dadurch verringert sich zum einen die erforderliche
Belichtungszeit TB des lichtempfindlichen Empfängers und zum anderen
verringert sich die Beeinflussung des aufgenommenen Bildes durch das
Unterlicht UL, da dieses während der kurzen Belichtungszeit kaum eine
zusätzliche Belichtung des lichtempfindlichen Empfängers 13 bewirkt.
Als lichtempfindlicher Empfänger kann eine elektronische CCD-Kamera
eingesetzt werden, die die empfangenen Lichtstrahlen unmittelbar in ein
elektrisches Signal umwandelt. Bei diesem Kameratyp wird die Belichtungszeit
durch eine entsprechende Ansteuerung im sogenannten Shutter-Mode
eingestellt. Dies bedeutet, daß die Kamera nur für Bruchteile von Sekunden,
die der Belichtungszeit entsprechen, lichtempfindlich ist.
Die üblicherweise verwendeten Videokameras arbeiten mit einer 50
Hz-Frequenz zur zeilenweisen Erstellung eines Halbbildes. Dies bedeutet, daß ein
Halbbild nach 20 Millisekunden und ein Vollbild nach 40 Millisekunden
unabhängig von der tatsächlichen Belichtungszeit vorliegt. Um nun mit
Blitzlicht ein Vollbild erzeugen zu können, ist es erforderlich, daß der
lichtempfindliche Empfänger sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Periode P1, P2 zur Erstellung eines Halbbildes belichtet wird.
Wie in Fig. 3d gezeigt, ist daher vorgesehen, daß die Oberfläche zweimal
während der zweiten Aufnahmezeit durch Blitzlicht belichtet wird. Der
Abstand der Blitzlichte wird so gewählt, daß das eine Blitzlicht in die erste und
das zweite Blitzlicht in die zweite Periode zur Erstellung eines Halbbildes P1,
P2 fällt.
Die Erstellung des ersten Bildes, das beispielsweise durch eine kontinuierliche
Belichtung mit dem das Unterlicht erzeugt wird, dauert etwa 40 Millisekunden.
Während dieser gesamten Zeit kann die Kamera auch lichtempfindlich sein. In
der zweiten Belichtungszeit wird die Kamera in den Shutter-Mode geschaltet
und zunächst durch ein Blitzlicht belichtet, wobei die tatsächliche
Belichtungszeit zum Beispiel 1/2000 Sekunden beträgt. Nach Ablauf der
Periode zur Erstellung des ersten Halbbildes nach 20 Millisekunden wird der
lichtempfindliche Empfänger unter gleichen Bedingungen erneut durch das
Blitzlicht belichtet. Nach weiteren 20 Millisekunden ist das zweite Halbbild
fertig, so daß das Vollbild der zweiten Aufnahmezeit ebenfalls nach etwa 40
Millisekunden erstellt ist. Zur Erstellung von zwei aufeinanderfolgenden Bildern
werden demnach lediglich etwa 80 Millisekunden benötigt, während eine
Prüfzeit von etwa 100 Millisekunden zur Verfügung steht.
Bei den dargestellten Verfahrensarten gemäß den Fig. 3a bis 3d wurde davon
ausgegangen, daß beispielsweise das Blitzlicht in der zweiten Belichtungszeit
gezündet wird. Es ist natürlich auch möglich, daß dies in der ersten Aufnahme
erfolgt. Ferner fallen in den Fig. 3a-d der Beginn der Belichtungszeit TB für
den lichtempfindlichen Empfänger und der Beginn der jeweiligen
Aufnahmezeiten TA1 und TA2 zusammen. Es ist natürlich auch möglich, daß
zum einen die Belichtungszeiten grundsätzlich kürzer als die Aufnahmezeiten
sind und/oder zum zweiten zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt als die
Aufnahmezeiten beginnen. Ferner sind in den Fig. 3a-3d zwischen den
Aufnahmezeiten und auch zwischen den Prüfzeiten sogenannte Totzeiten
vorgesehen. Diese Totzeiten hängen im wesentlichen von den Leistungsmerk
malen des lichtempfindlichen Empfängers ab. Es ist natürlich auch möglich,
daß die Aufnahmezeiten und auch die Prüfzeiten unmittelbar aufeinanderfol
gen.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
11 CD
12 Achse
13 lichtempfindlicher Empfänger
14 Oberlicht
15 Unterlicht
16 teildurchlässiger Spiegel
17 Lichtquelle
18 Diffusor
19 Lichtquelle
20 Abdeckelement
21 Abdeckelement
22 Datenverarbeitungsanlage
23 erstes Steuermittel
24 zweites Steuermittel
30 Vorrichtung
31 Linsenanordnung
32 Objektiv
33 Lichtquelle
34 Linse
35 Zylinderlinse
36 Spiegel
37 Hohlspiegel
38 Spiegel
39 Seite
40 Prisma
41 Spiegelseite
42 Lichtquelle
43 Piezoaktuator
44 Grenzfläche
11 CD
12 Achse
13 lichtempfindlicher Empfänger
14 Oberlicht
15 Unterlicht
16 teildurchlässiger Spiegel
17 Lichtquelle
18 Diffusor
19 Lichtquelle
20 Abdeckelement
21 Abdeckelement
22 Datenverarbeitungsanlage
23 erstes Steuermittel
24 zweites Steuermittel
30 Vorrichtung
31 Linsenanordnung
32 Objektiv
33 Lichtquelle
34 Linse
35 Zylinderlinse
36 Spiegel
37 Hohlspiegel
38 Spiegel
39 Seite
40 Prisma
41 Spiegelseite
42 Lichtquelle
43 Piezoaktuator
44 Grenzfläche
Claims (21)
1. Verfahren zum optischen Prüfen einer Oberfläche, insbesondere einer
Compact-Disc (CD), bei welchem die Oberfläche im wesentlichen von oben
durch wenigstens ein Oberlicht (14, OL) und von der Seite im spitzen Winkel
in bezug auf die Oberfläche durch wenigstens ein Unterlicht (15, UL)
beleuchtbar ist und das von der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute
Licht innerhalb einer Prüfzeit (TP) von wenigstens einem lichtempfindlichen
Empfänger (13) aufgenommen und wenigstens ein Istbild erzeugt wird, das mit
wenigstens einem Sollbild verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
während der Prüfzeit (TP) die Oberfläche wenigstens zweimal von dem
lichtempfindlichen Empfänger aufgenommen und während den jeweiligen
Aufnahmezeiten (TA1, TA2) durch eine zumindest zeitweilige Beleuchtung von
oben und/oder von der Seite in unterschiedlicher Weise beleuchtet wird, um
wenigstens zwei Istbilder bei unterschiedlicher Beleuchtung der Oberfläche zu
erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweiligen
Aufnahmezeiten (TA1, TA2) die Beleuchtung der Oberfläche jeweils nur durch
das Oberlicht (14, OL) oder das Unterlicht (15, UL) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Prüfzeit (TP) die Beleuchtung der Oberfläche durch das Oberlicht (14, OL) im
wesentlichen kontinuierlich erfolgt, während die Beleuchtung der Oberfläche
durch das Unterlicht (15, UL) nur während wenigstens eines Zeitabschnitts in
wenigstens einer Aufnahmezeit (TA2) zusätzlich erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Prüfzeit (TP) die Beleuchtung der Oberfläche durch das Unterlicht (15, UL) im
wesentlichen kontinuierlich erfolgt, während die Beleuchtung der Oberfläche
durch das Oberlicht (14, OL) nur während wenigstens eines Zeitabschnitts in
wenigstens einer Aufnahmezeit (TA2) zusätzlich erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Oberlicht (14, OL) und das Unterlicht (15, UL) jeweils eine Belichtung des
lichtempfindlichen Empfängers mit unterschiedlicher Intensität bewirken und
daß die Belichtungszeiten (TB) des lichtempfindlichen Empfängers (13) für eine
zumindest näherungsweise Vollaussteuerung des lichtempfindlichen
Empfängers (13) in den jeweiligen Aufnahmezeiten (TA1, TA2) entsprechend
angepaßt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Intensitäten der jeweiligen Beleuchtungen so gewählt sind, daß bei
gleichzeitiger Beleuchtung der Oberfläche durch das Oberlicht (14, OL) und das
Unterlicht (15, UL) in einer Belichtungszeit (TB) des lichtempfindlichen
Empfängers das eine Licht eine zumindest näherungsweise Vollaussteuerung
des lichtempfindlichen Empfängers (13) bewirkt, während in derselben
Belichtungszeit das andere Licht nur einen Bruchteil der Vollaussteuerung des
lichtempfindlichen Empfängers (13) bewirkt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Intensitäten der jeweiligen Beleuchtungen so bemessen sind, daß das
Verhältnis der erforderlichen Belichtungszeiten für die Vollaussteuerung des
lichtempfindlichen Empfängers (13) von dem einen oder anderen Licht
wenigstens 1 : 10 bis 1 : 200 beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beleuchtung der Oberfläche von oben oder von der Seite durch
entsprechendes Ein- und Ausschalten von entsprechenden Lichtquellen (17,
19; 33, 42) bewirkt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beleuchtung der Oberfläche von oben oder von der Seite durch Abdecken
von entsprechenden Lichtquellen mit entsprechenden Abdeckmitteln bewirkt
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest als Oberlicht (14, OL) Blitzlicht verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Verwendung von Blitzlicht der lichtempfindliche Empfänger
während wenigstens einer Aufnahmezeit wenigstens zweimal durch Blitzlicht
belichtet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest als Unterlicht (15, UL) eine Entladungslampe, beispielsweise
eine Halogenmetalldampflampe, verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beleuchtung der Oberfläche von oben und/oder der Seite mit diffusem
Licht erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest der Strahlengang des Oberlichtes (14, OL) zumindest teilweise
gegenüber der Umgebung abgeschirmt wird, um eine Blendung zu vermeiden.
15. Vorrichtung zum optischen Prüfen einer Oberfläche, insbesondere einer
Compact-Disc (CD), bei welcher die Oberfläche durch wenigstens ein Oberlicht
(14) im wesentlichen von oben und durch wenigstens ein Unterlicht (15) von
der Seite im spitzen Winkel in bezug auf die Oberfläche beleuchtbar ist und
wenigstens ein lichtempfindlicher Empfänger (13) vorgesehen ist, um das von
der Oberfläche reflektierte und/oder gestreute Licht aufzunehmen, und bei
welcher eine Einrichtung (22) vorgesehen ist, um in einer Prüfzeit wenigstens
ein Istbild zu erzeugen und mit wenigstens einem Sollbild zu vergleichen,
dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Steuermittel (23) vorgesehen ist, um
den lichtempfindlichen Empfänger (13) in der Prüfzeit wenigstens zweimal
auszulösen, und daß ein zweites Steuermittel (24) vorgesehen ist, das mit dem
ersten Steuermittel (23) und mit dem Oberlicht (14) und dem Unterlicht (15)
verbunden ist und so mit dem ersten Steuermittel (23) zusammenwirkt, daß
während den jeweiligen Aufnahmezeiten die Oberfläche durch eine zumindest
zeitweilige Beleuchtung mit dem Oberlicht (14) und/oder dem Unterlicht (15) in
unterschiedlicher Weise beleuchtbar ist, um wenigstens zwei Istbilder bei
unterschiedlicher Beleuchtung der Oberfläche zu erhalten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das
Oberlicht (14) und/oder das Unterlicht (15) ein intermittierendes Licht ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest das Unterlicht (15) ein Dauerlicht ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeich
net, daß das Oberlicht (14) und das Unterlicht (15) eine Beleuchtung des
lichtempfindlichen Empfängers (13) mit unterschiedlicher Intensität bewirken
und die Belichtungszeiten des lichtempfindlichen Empfängers (13) in den
jeweiligen Aufnahmezeiten entsprechend der jeweils vorherrschenden
Beleuchtung angepaßt sind.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest das Oberlicht (14) als Lichtquelle ein Blitzlicht aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest das Unterlicht (UL) als Lichtquelle eine Entladungslampe,
beispielsweise eine Halogenmetalldampflampe, aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeich
net, daß zumindest der Strahlengang des Oberlichtes durch wenigstens ein
Abdeckmittel (21) zumindest teilweise gegenüber der Umgebung abgeschirmt
ist, um eine Blendung zu vermeiden.
Priority Applications (3)
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DE19511197A DE19511197C2 (de) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Verfahren und Vorrichtung zum optischen Prüfen einer Oberfläche, insbesondere einer Compact-Disc |
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GB9606312A GB2299404B (en) | 1995-03-27 | 1996-03-26 | Process and device for the optical testing of a surface |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19511197A DE19511197C2 (de) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | Verfahren und Vorrichtung zum optischen Prüfen einer Oberfläche, insbesondere einer Compact-Disc |
Publications (2)
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DE19511197A1 true DE19511197A1 (de) | 1996-10-10 |
DE19511197C2 DE19511197C2 (de) | 1999-05-12 |
Family
ID=7757876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (3)
Country | Link |
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