-
Bei
der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der Lichttechnik handelt
es sich um eine Inspektionsbeleuchtungsanlage, die mittels einfacher
Umlenkung ein gleichmäßig verteiltes paralleles
Licht erzeugt. Die Beleuchtungsanlage besteht aus einer Lichtquelle
mit einer Abschirmvorrichtung sowie einer gekrümmten Reflexionsfläche.
-
Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die Qualität
von Vormaterial, Werkstücken und fertigen Produkten in
Industrie und Handwerk sowohl in optischer als auch funktioneller
Hinsicht häufig nach der Beschaffenheit der Oberfläche
beurteilt wird.
-
Durch
das parallele Licht der Erfindung erzeugen auch kleinste Unebenheiten
in der Oberfläche Kontraste in Form von Spitzlichtern und
Schatten. Die gleichmäßige Lichtverteilung sorgt
dagegen dafür, dass Farb-, Helligkeits- und Glanzgradunterschiede
besonders hervorgehoben werden.
-
Die
erfindungsgemäße Beleuchtungsanlage macht somit
Oberflächenfehler sichtbar.
-
Somit
ist die Beleuchtungsanlage sowohl für die visuelle als
auch für die kameragestützte Fehlerkontrolle geeignet.
Ihr Einsatz kann an Inspektionsarbeitsplätzen mit manuellem
oder automatischem Teiletransport gleichermaßen erfolgen.
-
Stand der Technik
-
Die
Erzeugung parallelen Lichts kann durch einfache Umlenkung mit einer
punktförmigen Lichtquelle und einem Parabolspiegel (innen
reflektierender Rotationsparaboloid) geschehen. Dieses Prinzip findet
bei technischen Leuchten weite Verbreitung, z. B. bei Kraftfahrzeugscheinwerfern
und Strahlern zur gezielten Ausleuchtung in der Architektur. Leuchten mit
Parabolspiegeln als Reflektor haben systembedingt runde Lichtaustrittsflächen.
Bereits
DE 17400866
U beschäftigt sich mit einer Langfeldleuchte,
bei dem die Form des Reflektors nicht durch Drehung, sondern durch
translatorische Verschiebung einer Parabel entsteht, ein „halbschalenartig"
gewölbtes Blech also. Als Leuchtmittel wird eine längliche,
stabförmige Leuchtstoffröhre eingesetzt. Es entsteht
dadurch ein Flächenstrahler, dessen Licht zumindest in
einer Dimension parallel ist.
-
DE 8900441 U1 behandelt
eine Beleuchtungsanlage für die visuelle Qualitätskontrolle,
bei der die Lichtquellen baulich getrennt von der Reflexionsfläche
montiert sind. Die Reflexionsfläche ist nur längsseitig „konkav
gekrümmt, während sie am [...] Ende in einen geraden
Abschnitt übergeht". Die Reflexionsfläche ist
in Lamellen unterteilt. Eine Verstellmöglichkeit der Reflexionsfläche
erlaubt die Veränderung der „Ausleuchtung über
die Länge". Eine Weiterentwicklung erfolgte u. a. in
EP 1205744 A1 .
Aber auch die dort benannte Reflexionsfläche ist ohne genaue
Definition der angestrebten geometrischen Form „in Richtung
Strahlungsquelle konkav gewölbt", nicht jedoch unbedingt
parabelförmig.
-
Nähere Beschreibung, Anwendung
und Vorteile der Erfindung
-
In
der hier vorliegenden Erfindung wird zur Erzeugung parallelen Lichts
ein längsseitig parabelförmig (als Spezialfall
von konkav) gekrümmter, in Lamellen unterteilter Reflektor
mit einer stabförmigen Lichtquelle kombiniert, welche im
Fokuauf der Brennlinie der Reflexionsfläche liegt. Die
Lichtquelle wird dabei von einer Abschirmvorrichtung nach Anspruch 1
bis auf eine im Querschnitt trichterförmige Lichtaustrittsöffnung,
welche in Richtung des Reflektors zeigt, vollständig umschlossen.
-
Die
Beleuchtungsanlage ist so konzipiert, dass die Lichtquelle mitsamt
ihrer Abschirmvorrichtung anders als bei den meisten Beleuchtungskörpern
wahlweise baulich getrennt von der Reflexionsfläche montiert
oder mit ihr starr verbunden werden kann.
-
Der
Einsatz von erfindungsgemäßen Inspektionsbeleuchtungsanlagen
erfolgt idealerweise unmittelbar nach jedem Arbeitsgang in der Produktion. So
können Fehler und ihre Ursachen frühzeitig erkannt
und behoben werden, die sinnlose Weiterverarbeitung fehlerhaften
Materials wird so vermieden. Bei manuellen Tätigkeiten,
die höchste Präzision erfordern, empfiehlt sich
der Einsatz sogar während des Prozesses.
-
Im
Falle von Produktionslinien für flache Bandware (z. B.
Walzen von Stahlband, farbliche Beschichtung von Aluminiumband)
wird die Beleuchtungsanlage so dimensioniert, dass sie die volle
Breite des Bandes ausleuchtet. Die Länge der ausgeleuchteten
Fläche richtet sich bei visueller Betrachtung durch die
Bandlaufgeschwindigkeit. Dabei soll die Länge der Inspektionsstrecke
mindestens so lang sein, wie das Band in einer Sekunde durchläuft.
Dies ist für einen geübten Bediener ausreichend
Zeit, einen Fehler zu entdecken. Bei kameragestützter Kontrolle
muss die ausgeleuchtete Fläche jedoch nur so groß wie
der Erfassungsbereich der Kamera sein.
-
Üblicherweise
wird in diesen Werken die Inspektion an einer Stelle mit horizontalem
Bandlauf durchgeführt, dabei befindet sich die zu kontrollierende
Gutseite oben. In diesem Fall wird die Beleuchtung als Auflicht
realisiert. Der genaue Lichteinfallswinkel sowie der Standpunkt
des Betrachters werden dabei so gewählt, dass die relevanten
Oberflächenfehler für den Betrachter sichtbar
werden. Dies muss vorher durch Versuche an Fehlermustern ermittelt werden.
Die Reflexionsfläche wird von der Decke abgehängt
(befindet sich also über Kopf) und die Höhe der
Lichtquelle mitsamt ihrer Abschirmvorrichtung liegt zwischen der
Höhe des Bandes und der Höhe des Reflektors. Die
Lichtaustrittsöffnung wird dabei zur Vermeidung von Blendung
nicht unter Augenhöhe des Betrachters positioniert.
-
Bei
verformten Teilen, die auf Fließbändern transportiert
werden (z. B. in Presswerken der Automobilindustrie), können
zusätzlich zum zuvor beschriebenen Aufbau auch Spiegel
und flache Reflektoren eingesetzt werden. Die zusätzlichen
Reflektoren sorgen dafür, dass ein Teil des von oben einfallenden
Lichts auch seitlich auf den Prüfling fällt. Durch
gezielte Anordnung können somit alle Seiten mit Ausnahme
der Unterseite eines Prüflings ausgeleuchtet werden. Die
Spiegel werden so angebracht, dass der Betrachter auch die ihm abgewandte
Seite des Prüflings sehen kann. So kann auf einfache Weise
die Effizienz der Kontrolle erhöht werden.
-
Bei
einer Kontrolle von Hand bewegter Teile empfiehlt es sich, einen
Bereich von mindestens einem mal einem Meter von oben auszuleuchten.
-
Der
benötigte Arbeitsraum wird durch eine Umhausung gegen Fremdlicht
abgeschottet. Die Innenwände werden dabei zur Vermeidung
von Streulicht möglichst in matter Dunkelgrau oder Schwarz ausgeführt.
Während der Kontrolle wird jede andere Beleuchtung innerhalb
der Umhausung ausgeschaltet.
-
Als
Lichtquelle der Inspektionsbeleuchtung können handelsübliche
Leuchtstoffröhren, vorzugsweise mit tageslichtähnlichem
Spektrum, verbaut werden. Alternativ kommen bereits fertige Leuchten in
Form von Strahlern mit Fassung für diverse stabförmige
Leuchtmittel in Frage. In diesem Fall kann eine Abschirmvorrichtung
nach Anspruch 1 direkt auf die Lichtaustrittsseite der Strahler
montiert werden, während das Strahlergehäuse selbst
bereits eine Abschirmvorrichtung nach Anspruch 2 darstellt. Auf
die üblicherweise in die Strahler eingebauten Reflektoren
muss jedoch verzichtet werden, da vor dem Erreichen der Reflexionsfläche
erfindungsgemäß keine Lichtumlenkung stattfinden
darf.
-
Den
Schutzansprüchen 1 und 2 liegt jeweils das Problem zugrunde,
dass das Licht der stabförmigen Lichtquelle rundherum strahlt
und somit ohne eine Abschirmung die Prüffläche
auch direkt oder über Umwege (d. h. durch Reflexion an
anderen Flächen als die dafür vorgesehene Reflexionsfläche)
als Streulicht erreichen würde. Durch diese Überlagerungen
entstünde ein nicht erfindungsgemäßes Mischlicht.
Desweiteren besteht ohne Abschirmung die Gefahr, dass der Betrachter
oder die Kamera direkten Einblick in die Lichtquelle hat und durch
die hohen Leuchtdichteunterschiede geblendet wird. Beides führt
dazu, dass feine Kontrastunterschiede auf der zu Prüffläche
nicht mehr wahrgenommen werden könnten.
-
Dieses
Problem wird durch die Abschirmvorrichtung nach den Ansprüchen
1 und 2 gelöst. Die Lichtquelle wird bis auf die Lichtaustrittsöffnung
allseitig abgeschirmt. Durch die trichterförmige Bauweise
der Lichtaustrittsöffnung, welche auf die Reflexionsfläche
ausgerichtet ist, wird erreicht, dass nur direkt auf die Reflexionsfläche
auftreffendes Licht austreten kann, während der Rest absorbiert
wird.
-
Dadurch
wird gewährleistet, dass das Licht der Lichtquelle die
Prüffläche nur über die Umlenkung der
Reflexionsfläche in gerichteter Form erreicht und das Auge
des Betrachters bzw. die Optik der Kamera nur nach nochmaliger Reflexion
durch die Prüffläche. Direktes und Streulicht
sowie Blendung werden somit wirksam vermieden.
-
Folglich
wird die Fehlererkennung durch die Abschirmungsvorrichtung nach
den Ansprüchen 1 und 2 sicherer, einfacher und schneller.
-
Dem
Schutzanspruch 3 liegt das Problem zugrunde, dass die Breite der
durch die erfindungsgemäße Beleuchtungsanlage
gleichmäßig ausgeleuchteten Fläche durch
die Breite der Lichtquelle begrenzt wird.
-
Dieses
Problem wird dadurch gelöst, dass zur Erreichung der nach
Anspruch 2 maximal baulich möglichen Breite der Lichtquelle
gegebenenfalls auch mehrere gleichartige stabförmige Leuchtmittel aneinandergereiht
werden.
-
Dadurch
wird die Breite der Reflexionsfläche optimal ausgenutzt.
-
Dem
Schutzanspruch 4 liegt das Problem zugrunde, dass in der Praxis
bei jeder Reflexion Verluste auftreten. Zudem streuen matte Flächen
bei der Reflexion leicht diffus.
-
Dieses
Problem wird durch eine Reflexionsfläche aus glänzendem
Material mit einem hohen Reflexionsgrad gelöst.
-
Dadurch
werden Reflexionsverluste und Streulicht minimiert. Die Beleuchtungsanlage
erreicht dadurch einen höheren Wirkungsgrad bei gleichzeitiger
Optimierung der Qualität des gerichteten Lichtes.
-
Dem
Schutzanspruch 5 liegt das Problem zugrunde, dass durch Reflexionen
innerhalb der Abschirmvorrichtung unkontrolliertes Streulicht entstehen
kann. Dieses Streulicht könnte schlimmstenfalls zu Mischlicht
auf der Prüffläche sowie zur Blendung bei der
Beobachtung führen.
-
Dieses
Problem wird durch die matte, tiefschwarze Beschichtung der Innenflächen
nach Anspruch 5 gelöst.
-
Bei
der Verwendung von handelsüblichen Strahlern als Lichtquelle
müssen die im Gehäuse eingebauten Reflektoren
entfernt oder gemäß Anspruch 5 beschichtet werden.
-
Dadurch
ist der Reflexionsgrad der Innenwandungen der Abschirmvorrichtung
nahezu Null. Folglich wird nicht in Richtung der Reflexionsfläche strahlendes
Licht absorbiert. Es erfolgt auch keine Umlenkung, bevor das Licht
auf die Reflexionsfläche trifft.
-
Dem
Schutzanspruch 6 liegt das Problem zugrunde, dass eine einteilige
Reflexionsfläche in ihrer Baugröße durch
Herstellungsverfahren und Transportmöglichkeiten begrenzt
ist.
-
Dieses
Problem wird durch den bausteinartigen Aufbau der Reflexionsfläche
nach Anspruch 6 gelöst.
-
Durch
diese modulare Bauweise sind beliebig große Reflexionsflächen
herstellbar, wobei die Montage der Reflexionsfläche auch
bauseits möglich ist. Dadurch wiederum kann die Anlage
zum Transport in weniger sperrige Einheiten aufgeteilt werden.
-
Dem
Schutzanspruch 7 liegt das Problem zugrunde, dass sowohl bei der
Herstellung als auch bei der Montage Maßtoleranzen auftreten
können. Dies führt dazu, dass die Einbaumaße
von den Berechnungen abweichen können.
-
Dieses
Problem wird durch die Stellvorrichtung nach Anspruch 7 gelöst,
welche die Krümmung der Reflexionsfläche verändern
kann.
-
Dadurch
wird eine bauseitige Feineinstellung der Anlage ermöglicht.
Maßtoleranzen können so auf einfache Art und Weise
ausgeglichen werden.
-
Dem
Schutzanspruch 8 liegt das Problem zugrunde, dass die vom Auge oder
der Kamera aufzunehmende Lichtmenge je nach Reflexionsgrad des Prüflings
variiert. Dadurch kann es zu unterschiedlichen Bewertungen und Kontrollergebnissen
bei Oberflächen mit ansonsten gleichen Eigenschaften und
gleicher Güte kommen. Außerdem besteht die Gefahr
einer zu starken Blendung des Betrachters bei glänzenden
Prüfflächen.
-
Diese
Probleme werden durch die in Schutzanspruch 8 erwähnte
Dimmvorrichtung der Lichtquelle gelöst.
-
Dadurch
kann die Lichtmenge den unterschiedlichen Reflexionsgraden verschiedener
Oberflächen angepasst werden. Die Beleuchtungsanlage wird
dadurch universell einsetzbar.
-
Dadurch
kann die Lichtmenge dem Material und den persönlichen Vorlieben
des Betrachters angepasst werden, um das Auge zu entlasten und gleichzeitig
die Effizienz des Kontrollverfahrens zu erhöhen.
-
Dem
Schutzanspruch 9 liegt das Problem zugrunde, dass unkontrolliertes
Fremdlicht beim Einfall in das Auge des Betrachters zu Blendung
des Betrachters oder bei Einfall auf die Prüffläche
zur Überlagerung mit dem Licht der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung führen kann, wodurch die konzentrierte
Fehlererkennung erschwert wird. Zudem ist dieses Fremdlicht, gerade
wenn es sich um Tageslicht handelt, meistens häufigen Schwankungen
in Bezug auf Lichtfarbe, Einfallsrichtung und Intensität unterworfen.
Dadurch entstehen ständig wechselnde Lichtbedingungen,
auf die sich das Auge ständig anpassen muss und die die
Kontrollergebnisse permanent, jedoch immer andersartig, verfälschen.
-
Dieses
Problem wird durch eine geeignete Umhausung des Arbeitsraumes nach
Anspruch 9 gelöst.
-
Dadurch
werden im für die Kontrolle relevanten Arbeitsbereich konstante
Lichtverhältnisse geschaffen. Folglich sind die Inspektionsergebnisse
unabhängig vom Zeitpunkt der Kontrolle immer vergleichbar.
Es wird sichergestellt, dass den Betrachter nur das von ihm regelbare
Licht der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
erreicht.
-
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
-
- - DE 17400866
U [0006]
- - DE 8900441 U1 [0007]
- - EP 1205744 A1 [0007]