DE19815250C2

DE19815250C2 - Attachment optics for use as reflex image optics, in particular for surface defect detection in the automotive industry

Info

Publication number: DE19815250C2
Application number: DE1998115250
Authority: DE
Inventors: Uwe Peter Braun
Original assignee: Uwe Peter Braun
Current assignee: UWE BRAUN GMBH, 19309 LENZEN, DE
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: DE19815250A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik zur Verwen dung als Reflexbildoptik. Sie findet insbesondere Anwendung in der Automobilindustrie, um vor allem Oberflächenfehler bei der Rohkarossen-Fertigung sowie in den nachfolgenden Produktionsabläufen bei grundier ten Rohkarossen sowie lackierten Fahrzeugoberflächen zu erkennen.The invention relates to an optical attachment for use as a reflection optics. She finds in particular Application in the automotive industry, above all Surface defects in the body-in-white production as well in the subsequent production processes at primier body shells and painted vehicle surfaces to recognize.

Es ist allgemein bekannt, daß die Qualität des äuße ren Erscheinungsbildes von Automobilen den Erfolg derartiger Unternehmen auf dem Markt entscheidend beeinflußt. Bei der Vielzahl von Angeboten in den jeweiligen Klassen besteht für ein Unternehmen der Automobilindustrie stets die Gefahr, daß Kunden bei auftretenden kleinsten Mängeln im äußeren Erschei nungsbild einer Automobilkarosserie die Marke wech seln. An die für die Oberflächenfehlererkennung erforderliche industrielle Beleuchtung werden daher höchste Ansprüche gestellt.It is well known that the quality of the exterior success of automotive appearance of such companies in the market influenced. With the multitude of offers in the respective classes exist for a company of Automotive industry always the risk that customers at smallest defects appearing in the outer appearance image of a car body the brand selen. To those for surface defect detection industrial lighting will therefore be required the highest demands.

Es ist des weiteren bekannt, daß zur Erkennung von Oberflächenfehlern Kontraste erzeugt werden müssen, damit diese Fehler durch das menschliche Auge wahrge nommen werden können. Eine hohe Gleichmäßigkeit in der Beleuchtung der zu prüfenden Teile würde Oberflä chenfehler nicht sichtbar machen, da das Auge nur im direkten Vergleich von unterschiedlich nebeneinander liegenden Leuchtdichten auf der zu betrachtenden Oberfläche Fehler in der Rohkarosserie, der grundier ten Karosserie und der lackierten Karosserie über haupt wahrnehmen kann.It is also known that for the detection of Contrasts must be generated so that these errors can be perceived by the human eye can be taken. High uniformity in the lighting of the parts to be tested would surface Do not make flaws visible as the eye can only be direct comparison of different side by side luminances lying on the one to be considered Surface defects in the body-in-white, the primer body and the painted body can perceive at all.

Bei der Betrachtung einer Automobilkarosserie mit einer hinterleuchteten Reflexbildoptik und dem direk ten Reflexbild auf der zu prüfenden Oberfläche ist die Celiarmuskulatur der Augen je nach dem Fixpunkt der Betrachtung mehr oder weniger angespannt. Die Pupille ist je nach Leuchtdichte der zu betrachtenden Fläche sowie der Umfeldhelligkeit entsprechend weit geöffnet oder geschlossen. Ändert sich nun die Leucht dichte beispielsweise auf einer zu prüfenden lackier ten Oberfläche im Reflexbild durch die Bewegung der Karosserie oder der Prüfperson, so werden vorhandene Fehler, wie Beulen, Dellen und Kratzer, auf der Oberfläche direkt sichtbar.When considering a car body with a backlit reflex image optics and the direct th reflection image on the surface to be tested the ciliary muscles of the eyes depending on the fixed point contemplation more or less tense. The The pupil is to be viewed depending on the luminance Surface and the brightness of the surroundings correspondingly wide opened or closed. Now the light changes density, for example, on a paint to be tested th surface in the reflection image by the movement of the Body or the test person, so existing ones Defects such as dents, dents and scratches on the Surface directly visible.

Zur Oberflächenfehlererkennung offenbart nun die DE 40 41 166 A1 eine Beleuchtungsanlage, bei der in einem Gehäuse drei teilweise von einem Reflektor umgebene Lampen angeordnet sind, wobei die äußeren Reflektoren auf der der Lampe zugewandten Seite eine schwarze Oberfläche aufweisen und an der Lichtaustrittsöffnung mit je einer in Lampenlängsrich tung angeordneten schwarzen Abschattung versehen sind, während der mittlere Reflektor in Weiß ausgebil det ist und eine durchscheinend weiße Akrylglasab deckung aufweist. Auf der zu prüfenden Oberfläche wird mit dieser Anordnung zur Oberflächenfehlererken nung ein durch helle und dunkle Streifen gekennzeich netes Reflexbild erzeugt. Die mit dieser Beleuchtungs anlage grundsätzlich mögliche visuelle Oberflächenfeh lerkontrolle hat jedoch in der praktischen Anwendung insbesondere die Nachteile gezeigt, daß sie sich ge genseitig behindernde Kontrastbilder erzeugt und Frem dreflexe nicht ausgeschlossen werden.Now reveals the surface defect detection DE 40 41 166 A1 a lighting system in which in a housing three partially from a reflector Surrounded lamps are arranged, the outer Reflectors on the side facing the lamp have a black surface and on the Light exit opening with one in each longitudinal lamp black shading while the middle reflector is white det and a translucent white acrylic glass has coverage. On the surface to be tested becomes a surface defect with this arrangement on with light and dark stripes nice reflection image generated. The one with this lighting system basically possible visual surface defects However, control has practical application in particular the disadvantages shown that they are ge mutually disabling contrast images and foreign Dreflexe cannot be excluded.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorsatzoptik zur Verwendung als Reflexbildoptik zu schaffen, die sichere und wirkungsvollere Kontraste zur Oberflächen fehlererkennung erzeugt und zugleich verbesserte Ar beitsbedinungen für das Prüfpersonal schafft.The object of the invention is therefore an optical attachment for use as reflex optics to create the safe and effective contrasts to surfaces error detection generated and at the same time improved ar creates working conditions for the test personnel.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vor satzoptik zur Verwendung als Reflexbildoptik mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 11.According to the invention, this object is achieved by a set optics for use as reflex optics with the Features of claim 1 solved. Beneficial Refinements of the front lens system according to the invention result from the features of subclaims 2 until 11.

Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik hat den besonderen Vorteil, daß zur Oberflächenfehlererkennung für die prüfende Person auf sichere Weise unterschiedliche Kontraste erzeugt und ein Kontrastwechsel bei wesent lich verbesserten Arbeitsbedingungen geschaffen wird. Sie ermöglicht eine Anwendung im industriellen Fertigungsprozeß, insbesondere bei der Bewertung der Oberflächengüte in der Automobilindustrie und läßt Fehler erkennen, die mit dem bekannten Stand der Technik nicht oder nur mit einem erhöhten Aufwand sichtbar gemacht werden konnten. The front optical system according to the invention has the special Advantage that for surface defect detection for the testing person safely different Contrasts are generated and a change in contrast is essential improved working conditions. It enables an application in the industrial Manufacturing process, especially when evaluating the Surface quality in the automotive industry and leaves Detect errors with the known state of the art Technology not or only with increased effort could be made visible.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnun gen näher erläutert werden. Es zeigen:In the following the invention with reference to drawings gene are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 - die Seitenansicht und die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik mit zwei Reflektoranordnungen sowie mit Linsen, Prismen und Schwarzfeld, Fig. 1 - the side view and the plan view of the optical head according to the invention with two reflector arrangements as well as with lenses, prisms and black box,

Fig. 2 - die Darstellung des Funktionsprinzips der Vorsatzoptik mit ihrem lichttechnischen Strahlengang, Fig. 2 - the representation of the operating principle of the optical head with their lighting beam path,

Fig. 3 - einen Querschnitt durch ein Prisma unter Kennzeichnung von Prismenhöhe und Prismen abstand, Fig. 3 - distance a cross-section through a prism under labeling of prism height and prisms,

Fig. 4 - eine Vorsatzoptik im Schnitt mit zweige teiltem Prisma, Linse und zwei Schwarzfel dern,Countries an optical head in section with branches teiltem prism, lens and two Schwarzfel, - Fig. 4

Fig. 5 - eine Vorsatzoptik mit Linse und zweigeteil tem Prisma zur Erzeugung einer Totalrefle xion. Fig. 5 - a front lens with lens and two-part tem prism to generate a total reflection.

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht und die Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorsatzop tik in der Einbaulage einer Leuchte. In der Leuchte 1 sind zwei Reflektoren 7 mit den Lampen 2 sowie genau in deren optischen Achslage die Linsen 5, rechts und links von den Linsen 5 die Prismen 3 und 4 und zwi schen den Prismen 4 das Schwarzfeld 6 angeordnet. Die Reflektoranordnung mit Vorsatzoptik ist schließlich mit der transparenten Abdeckung 15 versehen. Fig. 1 shows the side view and the top view of an embodiment of the optical head optics according to the invention in the installed position of a lamp. In the lamp 1 , two reflectors 7 with the lamps 2 and exactly in their optical axis position, the lenses 5 , right and left of the lenses 5, the prisms 3 and 4 and between the prisms 4, the black field 6 is arranged. The reflector arrangement with front optics is finally provided with the transparent cover 15 .

Wie in Fig. 2 ersichtlich, wird das durch die Reflek toren 7 reflektierte Licht 8, 9 der Lampe 2 auf die Prismen 3 und 4 gerichtet und von diesen entsprechend 8' und 9' abgelenkt.As can be seen in FIG. 2, the light 8 , 9 of the lamp 2 reflected by the reflectors 7 is directed onto the prisms 3 and 4 and deflected accordingly by these 8 'and 9 '.

Fig. 3 zeigt ein Prisma 3, 4 im Schnitt aus dem der Zusammenhang von Prismenhöhe 20 und Prismenabstand 19 mit den damit verbundenen Auswirkungen auf die Ablen kung des Lichtes 8, 9 dargestellt. Würde man die Prismenhöhe 20 bei gleichbleibendem Prismenabstand 19 erhöhen, so würde sich der durch die Prismenschenkel 16, 17 gebildete Winkel auf einen Wert von kleiner oder gleich 90° verkleinern. Wird der Prismenabstand 19 bei gleichbleibender Prismenhöhe 20 erweitert, so wird der durch die Prismenschenkel 16, 17 gebildete Winkel auf einen Wert von über 90° vergrößert. Fig. 3 shows a prism 3 , 4 in section from the relationship between prism height 20 and prism distance 19 with the associated effects on the deflection of the light 8 , 9 shown. If the prism height 20 were increased with the prism spacing 19 remaining the same, the angle formed by the prism legs 16 , 17 would decrease to a value of less than or equal to 90 °. If the prism distance 19 is extended while the prism height 20 remains the same, the angle formed by the prism legs 16 , 17 is increased to a value of over 90 °.

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik bei der die Prismen 3 und 4 so angeordnet sind, daß sie das Licht 18 der Lampe 2 in eine Totalreflexion 18' umsetzen und so den Kontrastunterschied zu Gunsten der Linse 5 anheben. Diese Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorsatzoptik erweist sich insbesondere bei der Oberflächenfehlererkennung bei Rohkarosserien als besonders vorteilhaft. Fig. 5 shows an optical attachment according to the invention in which the prisms 3 and 4 are arranged so that they convert the light 18 of the lamp 2 into a total reflection 18 'and thus increase the contrast difference in favor of the lens 5 . This embodiment of the optical attachment according to the invention proves to be particularly advantageous in particular in the case of surface defect detection in body-in-white.

Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik in ihrer Verwendung als Reflexbildoptik erzeugt bei ihrem Einsatz im industriellen Fertigungsprozeß mittels der Prismen 3, 4 gerichtetes Streulicht 8' und 9'. Dieses Streulicht bewirkt je nach dem Verhältnis von Prismenhöhe 20 und Prismenabstand 19 einen mehr oder weniger starken und scharfen Kontrast. Durch die Lichtablenkung 8' und 9' wird außerdem die direkte Blendung wesentlich reduziert und zwar auf ein solches Maß, daß sie nicht mehr hinderlich ist und der Forderung der DIN 5035 entsprochen wird. Mit dem auf der zu prüfenden Ober fläche erzeugten Reflexbild lassen sich Fehler wie z. B. Beulen, Dellen, Einschlüsse, Kratzer usw. besser als bisher sichtbar machen. Dieser gewollte Effekt wird durch die höhere Abbildungsenergie der erfin dungsgemäßen Vorsatzoptik noch verstärkt. In Verbin dung mit dem Schwarzfeld 6 wird beim Betrachten des Abbildes des Prisma 4 zum optischen Wechsel des Schwarzfeldes 6 ein sukzessiver Kontrast erzeugt mit der außerordentlich vorteilhaften und überraschenden Wirkung, daß auch matte und stumpfe Stellen durch den anhaltenden sukzessiven Kontrast plötzlich gut sichtbar werden.When used in the industrial manufacturing process, the front optical system according to the invention in its use as reflective image optical system generates directed scattered light 8 'and 9 ' by means of the prisms 3 , 4 . This scattered light causes a more or less strong and sharp contrast depending on the ratio of prism height 20 and prism distance 19 . The light deflection 8 'and 9 ' also significantly reduces the direct glare to such an extent that it is no longer a hindrance and the requirement of DIN 5035 is met. With the reflex image generated on the surface to be tested, errors such as B. dents, dents, inclusions, scratches, etc. better visible than before. This desired effect is further enhanced by the higher imaging energy of the optical attachment according to the invention. In conjunction with the black field 6 , a successive contrast is generated when viewing the image of the prism 4 for the optical change of the black field 6 with the extraordinarily advantageous and surprising effect that even matt and dull areas are suddenly clearly visible due to the continuing successive contrast.

Claims

1. attachment optics for use as Reflexbildop tik, in particular for surface flaw detection in the automotive industry, characterized in that a lens ( 5 ) is fixed precisely in the optical axis position of a lamp ( 2 ), right and left of the lens ( 5 ) prisms ( 3 ; 4 ), which deflect the light generated by the lamp ( 2 ) and formed via a reflector ( 7 ) ( 8 ; 9 ) in such a way that glare is avoided for the human eye, next to the prism ( 4 ) a black field ( 6 ) is arranged and a sustained successive contrast is generated by this optical change.

2. attachment optics according to claim 1, characterized in that the light flux generated by the lamp ( 2 ) is broken by the lens ( 5 ) so that its focal point ( 14 ) is well in front of the lens ( 5 ), the luminous flux is essential Lich reduced glare and the reflection image generated for surface defect detection is amplified.

3. attachment optics according to claim 1 or 2, characterized in that the lens ( 5 ) is designed as a biconve xe, plano-convex or concave-convex converging lens or as a biconcave, plano-concave or convex-concave diverging lens.

4. attachment optics according to one of claims 1 to 3, characterized in that the prisms ( 3 ; 4 ) are designed as longitudinal prisms.

5. attachment optics according to claim 4, characterized in that the angle between the legs ( 17 ; 18 ) of the prisms ( 3 ; 4 ) depending on the prism height ( 20 ) and the prism distance ( 19 ) is variable.

6. optical attachment according to claim 5, characterized records that the angle is 90 °.

7. attachment optics according to one of claims 1 to 5, characterized in that the area of the black field ( 6 ) is approximately 1/3 of the width of the prism ( 4 ).

8. attachment optics according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the black field ( 6 ) in interplay with the luminance of the light tes ( 8 ; 9 ) on the surface of the prism ( 4 ) generates a continuous successive contrast.

9. attachment optics according to one of claims 1 to 7, characterized in that the lamp ( 1 ) has several partially by the reflector ( 7 ) vice verse lamps ( 2 ), each arrangement of the reflector ( 7 ) the prisms ( 3 ; 4th ) with the lens ( 5 ) and the black field ( 6 ) are assigned.

10. attachment optics according to one of claims 1 to 8, characterized in that when using only one lamp ( 2 ) the black field ( 6 ) is applied in the lamp housing or the optics ( 4 , 5 ) is surrounded by a black painted frame.

11. Optical attachment according to one of claims 1 to 9, characterized in that the prisms ( 3 ; 4 ) are arranged and the angle formed by the legs ( 17 ; 18 ) of the prisms ( 3 ; 4 ) is selected so that the the lamp ( 2 ) generated te is totally reflected and has a higher luminance on the lens ( 5 ) by means of the reflector ( 7 ).