DE4319869A1 - Prüflampe zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten - Google Patents
Prüflampe zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von PrüfobjektenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Prüflampe, insbesondere zur opto-elektronischen
Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für eine opto-elektronische Oberflächeninspektion ist die Beleuchtungstechnik
ein erfolgsentscheidendes Systemelement, wenn glänzende Objektoberflächen zu
inspizieren sind und diese möglicherweise noch Formelemente aufweisen, jedoch
Prüfkriterien primär in Farb- bzw. Grauwerlabstufungen kontrastieren.
An derartigen komplizierten Prüfflächen spiegeln sich Unregelmäßigkeiten von
einfallendem Licht und erscheinen im Prüfbild als Störreflexe bzw. im auszu
wertenden Signal als dominierendes Element. Auch Formelemente reflektieren
störend oder erzeugen Schatten. In solchen Fällen werden Beleuchtungseinrich
tungen verwendet, die für einzelne Prüfflächenpunkte einen allseitigen Licht
einfall erzeugen - dies bei möglichst gleichmäßiger Lichtintensität. Hierzu
kommen in der Praxis mit mehr oder weniger Erfolg Aggregate aus licht
streuenden Fenstern und Reflektoren zur Anwendung, die in aller Regel anwen
dungsspezifische Einrichtungen darstellen.
Aus der Lichtstrommessung zur Bestimmung des Lichtstromes einer Lichtquelle
ist das Kugelphotometer bekannt, dessen Kugel innen matt ist, um das nach
allen Seiten ausgestrahlte Licht zu streuen und zu reflektieren, so daß jedes
Flächenelement der Kugel gleich stark beleuchtet wird. Die zum Prüfobjekt
gerichtete Öffnung wirkt allerdings als störende, die Mehrfachreflexion
dämpfende Verlustfläche.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüflampe der eingangs
genannten Gattung zu schaffen, die mittels streuender Mehrfachreflexion ein
breites, kontinuierlich besetztes Richtungsspektrum zu erzeugen imstande ist,
wobei die die Mehrfachreflexion dämpfende Verlustfläche in Analogie zur
Ulbrichtkugel möglichst groß ausfallen soll, um eine Beleuchtungseinrichtung
mit praktikabler Anwendungsbreite zu erzielen.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Vorrichtung gemäß
den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Prüflampe besitzt den Vorteil, daß diese für technische
Anwendungen ein breites, kontinuierlich besetztes Richtungsspektrum erzeugt.
In vorteilhafter Weise ist die die Mehrfachreflexion dämpfende Verlustfläche in
Analogie zur Ulbrichtkugel möglichst groß, so daß die Prüflampe ein breites
Anwendungsgebiet aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht von unten auf eine Prüflampe
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie A-A
Fig. 3 einen Teilausschnitt der Fig. 2 zur Darstellung des
Kameravorsatzes, der den Reflektor und den Diffusor durchstößt
Fig. 4 einen vereinfachten Ausschnitt der Pumpkammer zur Darstellung
der Wirkung eines unverspiegelten Diffusors und
Fig. 5 einen vereinfachten Ausschnitt der Pumpkammer zur Darstellung
der Wirkung eines verspiegelten Diffusors.
Gemäß den Fig. 1 und 2 eines Beispiels einer Prüflampe besteht diese aus
einem schirm- oder schalenförmigen Reflektor 5, der einen nach unten offenen
Hohlraum umschließt. Innerhalb des Reflektors 5 und mit Abstand zu
demselben ist ein Diffusor 6 angeordnet, der auf seiner zum Reflektor 5 hin
gerichteten Oberfläche teilverspiegelt ist und der zwischen sich und dem
Reflektor 5 eine optische Pumpkammer 8 ausbildet, in die das Licht von
Lichtquellen 7, die Blitzlampen sein können, fällt, die seitlich in geeigneter
Weise innerhalb oder außerhalb des Reflektors 5 angeordnet sind. Der Diffusor 6
umschließt einen hohlraumförmigen Beleuchtungsraum 9. Das Prüfobjekt 1
befindet sich außerhalb der Pumpkammer 8 unterhalb des Diffusors 6, der dazu
unterhalb des Sensors 3 eine Lichtdurchlaßöffnung aufweist, durch die das vom
Prüfobjekt 1 reflektierte Licht auf den Sensor 3 fällt. Am obersten Punkt des
Reflektors 5, der dort ein Loch aufweist, ist außerhalb des Reflektors 5 ein opto-
elektronischer Sensor 3 angeordnet, der beispielsweise eine CCD-Kamera sein
kann. Ist der Sensor 3 eine CCD-Kamera, so kann diese einen Kameravorsatz 4
besitzen, der Blendenfunktion und eine Optik aufweisen kann und der sowohl
den Reflektor 5 als auch den Diffusor 6 durchstößt. Unterhalb des Diffusors 6 ist
ein Bodenreflektor 10 angeordnet, der mittig ein Beleuchtungsfenster 11
aufweist, unterhalb desselben das Prüfobjekt 1 plaziert ist. Das Prüfobjekt 1
liegt mit seiner Prüffläche im Abbildungsstrahlengang 2 der Kamera 3.
Der Abbildungsstrahlengang ist dergestalt auf die Prüffläche des Prüfobjektes 1
abgestimmt, daß kein Licht vom Bodenreflektor 10 in das Kameraobjektiv
gelangt. Hierzu ist der Bodenreflektor im Bereich des Abbildungskreises durch
Schwarzeinfärbung ausgeblendet. Des weiteren ist die Abbildungsposition des
Prüfobjektes 1 dergestalt gewählt, daß auch flache Lichteinstrahlung aus dem
Beleuchtungsraum 9 der Beleuchtungseinrichtung erfolgen kann.
In der ringförmigen Pumpkammer 8 kann das Licht der Lichtquellen 7 gezielter
weise zwischen der lichtstreuenden Reflektoroberfläche 15 des Reflektors 5, der
teilweise lichtreflektierenden Oberfläche 13 des Diffusors 6 und der lichtstreu
enden Reflektorfläche 12 des Bodenreflektors 10 mehrfach reflektieren. Hierzu
ist die dem Reflektor 5 zugewandte Oberfläche 13 des Diffusors 6 teilverspiegelt.
Des weiteren können die Reflektorflächen 12, 13, 15 lichtstreuend strukturiert
sein. Vorzugsweise sind die Lichtquellen 7 einseitig verspiegelt und strahlen auf
den Reflektor 5 ab.
Das Licht, das aus der Pumpkammer 8 in den Beleuchtungsraum 9 gelangt, wird
in der Wandung des Diffusors 6 und an dessen matter, innerer Oberfläche 14
ebenfalls gestreut. Soweit Licht nicht auf den abgedunkelten Abbildungskreis im
Bereich des Bodenfensters 11 trifft, wird dieses mittels der lichtstreuenden
Reflektorfläche 12 des Bodenreflektors 10 wieder in den Streuprozeß geleitet.
Bei stark spiegelnden Prüfobjekten verbleibt bei der beschriebenen Bauweise
das Abbildungsfenster bzw. das Abbildungsobjektiv als bemerkbares und
eventuell störendes Bildelement in Form eines abgedunkelten Kreises. Um dem
entgegen zuwirken kann die Abbildungsoptik in geeigneter Weise eingestellt
werden durch das Einstellen einer geringen Schärfentiefe oder einer
Schrägstellung der optischen Achse.
Eine weitere Methode hierzu ist in Fig. 3 dargestellt. Im Abbildungsstrahlen
gang 2 innerhalb des Kameravorsatzes 4 befindet sich ein Teilerspiegel 16, über
den Licht aus der Pumpkammer 8 auf das Beleuchtungsfenster 11 des Boden
reflektors 10 gelangt. Hierzu besitzt der Kameravorsatz 4, seitlich zur Pump
kammer 8 gerichtet, eine Öffnung.
In den Fig. 4 und 5 ist die Wirkung der Pumpkammer 8 erkennbar, wobei es
sich um eine Vereinfachung in schematischer Darstellung handelt: Es sind zum
Vergleich zwei Pumpkammern jeweils zwischen Reflektor 5 und Diffusor 6
ausschnittsweise dargestellt. Der Ursprung eines Lichtvektors liege jeweils in der
Lichtquelle 7.
In der Darstellung der Fig. 4 trifft ein Lichtvektor 17 einen unverspiegelten
Diffusor 6 und wird durch diesen gestreut und gelangt als divergentes Licht
bündel 18 mit vergleichsweise hoher Intensität in den Beleuchtungsraum. Die
Wahrscheinlichkeit einer weiteren Mehrfachstreuung hängt direkt mit dem
Größenverhältnis von Diffusorfläche und Beleuchtungsfenster zusammen.
Demgegenüber tritt in Fig. 5 der primäre Lichtvektor 19 auf einen teilverspie
gelten Diffusor. In der reflektierten Vektorgruppe kommt es zu einer Verbrei
terung der Abstrahlung am Diffusor und zu einer Richtungsstreuung.
Die Pumpkammer kann in sehr verschiedener Form ausgeführt sein, je nach
Form der begrenzenden Flächen von Reflektoren und Diffusor. Beispielsweise
kann der Diffusor 6 die Form eines Rotationselipsoids haben, oder Reflektor 5
können in polygoner Form oder als flache Scheibe ausgeführt sein; die Form
gebung richtet sich nicht zuletzt nach Abmessungen und Abstrahlungscharak
teristik der Lichtquellen. Sind der Reflektor und/oder der Diffusor mehr oder
weniger elipsoid- oder tonnen- oder kugelförmig mit einem Beleuchtungsfenster
am unteren Ende ausgestaltet, so kann ein separater Bodenreflektor entfallen.
Die Lichtquellen, eine oder mehrere, können in oder außerhalb der Pump
kammer angeordnet sein. So bietet sich z. B. eine verteilte Lichteinkopplung
durch Lichtleiter an. Bei kleineren Geräten empfiehlt sich auch die Verwendung
ringförmiger Lichtquellen. Ebenso kann der Diffusor eine mehrschalige Kon
struktion sein, wie die Teilverspiegelung des Diffusors Zonen mit unterschied
lichen Reflexionsgraden aufweisen kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Prüflampe, insbesondere in Verbindung mit einer CCD-Kamera, dient der Objektbeleuchtung in der industriellen Qualitätssicherung und findet dort ihre Anwendung, wo formbedingte Bildschattierungen zu vermeiden sind, z. B. zur Überwachung von Farbveränderungen an kontinuierlich laufenden körnigen Gemischen in der Lebensmittelindustrie oder bei der Kontrolle von farbbe druckten Fischdosendeckeln, in die Sicken eingeformt sind, die das farbige Druckbild überlagern oder zur Qualitätssicherung bei Porzellanaufdrucken. Die Prüflampe ermöglicht die automatische Signalauswertung an beleuchtungs technisch schwierigen Objekten mit einem standardisierbaren Beleuchtungs gerät. So können Produkte ohne formbedingt störenden Einfluß hinsichtlich farbcodierten Kriterien geprüft werden, z. Beispiel Granulate, Glasscherben, Tabak, Kaffee usw. Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet sind Farbdrucke auf Gefäßen, allgemein die grafische Kennzeichnung von Objekten.
Die Prüflampe, insbesondere in Verbindung mit einer CCD-Kamera, dient der Objektbeleuchtung in der industriellen Qualitätssicherung und findet dort ihre Anwendung, wo formbedingte Bildschattierungen zu vermeiden sind, z. B. zur Überwachung von Farbveränderungen an kontinuierlich laufenden körnigen Gemischen in der Lebensmittelindustrie oder bei der Kontrolle von farbbe druckten Fischdosendeckeln, in die Sicken eingeformt sind, die das farbige Druckbild überlagern oder zur Qualitätssicherung bei Porzellanaufdrucken. Die Prüflampe ermöglicht die automatische Signalauswertung an beleuchtungs technisch schwierigen Objekten mit einem standardisierbaren Beleuchtungs gerät. So können Produkte ohne formbedingt störenden Einfluß hinsichtlich farbcodierten Kriterien geprüft werden, z. Beispiel Granulate, Glasscherben, Tabak, Kaffee usw. Ein anderes wichtiges Anwendungsgebiet sind Farbdrucke auf Gefäßen, allgemein die grafische Kennzeichnung von Objekten.
Bezugszeichenliste
1 Prüfobjekt
2 Abbildungsstrahlengang
3 Sensor oder Kamera
4 Kameravorsatz
5 Reflektor
6 Diffusor
7 Lichtquelle z. B. Blitzlampe
8 Pumpkammer
9 Beleuchtungsraum
10 Bodenreflektor
11 Beleuchtungsfenster
12 lichtstreuende Reflektorfläche
13 teilverspiegelte Diffusorfläche, z. B. 50%
14 matte, lichtstreuende Diffusorfläche
15 lichtstreuende Reflektorfläche
16 Teilerspiegel
17 Lichtvektor
18, 19, 20 divergente Lichtbündel
2 Abbildungsstrahlengang
3 Sensor oder Kamera
4 Kameravorsatz
5 Reflektor
6 Diffusor
7 Lichtquelle z. B. Blitzlampe
8 Pumpkammer
9 Beleuchtungsraum
10 Bodenreflektor
11 Beleuchtungsfenster
12 lichtstreuende Reflektorfläche
13 teilverspiegelte Diffusorfläche, z. B. 50%
14 matte, lichtstreuende Diffusorfläche
15 lichtstreuende Reflektorfläche
16 Teilerspiegel
17 Lichtvektor
18, 19, 20 divergente Lichtbündel
Claims (13)
1. Prüflampe, insbesondere zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von
reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten (1), bestehend aus einem himmel-
oder schirmförmigen Reflektor (5) und einer in den vom Reflektor (5) umhüllten
Hohlraum (8) leuchtenden Lichtquelle (7) sowie einem opto-elektronischen
Sensor (3), der sich im Abbildungsstrahlengang (2) des von der zu inspizierenden
Oberfläche des Prüfobjektes (1) reflektierten Lichtes befindet und der das
reflektierte Licht auszuwerten imstande ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des Reflektors (5) mit Abstand zu demselben ein Diffusor (6)
angeordnet ist, der auf seiner zum Reflektor (5) hin gerichteten Oberfläche teil
verspiegelt ist und der zwischen sich und dem Reflektor (5) eine optische
Pumpkammer (8) ausbildet, in die das Licht der Lichtquelle (7) fällt, wobei das
Prüfobjekt (1) außerhalb der Pumpkammer (8) unterhalb des Diffusors (6)
angeordnet ist.
2. Prüflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusor (6) ungefähr die Form des Reflektors (5) aufweist und himmel-
oder schirmförmig gekrümmt ist, die Lichtquelle (7) innerhalb der Pump
kammer (8) angeordnet ist, der Sensor (3) sich im obersten Bereich des
Reflektors (5) befindet und der Diffusor (6) unterhalb des Sensors (3) eine
Lichtdurchlaßöffnung aufweist, durch die das vom Prüfobjekt (1) reflektierte
Licht auf den Sensor (3) fällt, wobei unterhalb des Diffusors (6) ein Boden
reflektor (10) angeordnet ist, in dessen Mitte das Prüfobjekt (1) plaziert ist.
3. Prüflampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor (5) und/oder der Diffusor (6) elipsoid- oder tonnen- oder
kugelförmig mit einem Beleuchtungsfenster am unteren Ende gestaltet sind.
4. Prüflampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Reflektor (5) ein Schirm oder eine Schale mit polygonen Flächen und der
Diffusor (6) eine Scheibe ist.
5. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Sensor (3) eine Kamera, vorzugsweise CCD-Kamera ist und im Abbil
dungsstrahlengang (2) des reflektierten Lichts ein Kameravorsatz (4)
angeordnet ist, der den Reflektor (5) und den Diffusor (6) durchstößt.
6. Prüflampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kameravorsatz (4) seitlich zur Pumpkammer (8) gerichtet eine Öffnung
aufweist und innerhalb des Kameravorsatzes (4) ein Teilerspiegel (16) angeord
net ist, der in Richtung auf das Prüfobjekt (1) Licht aus der Pumpkammer (8) in
den Abbildungsstrahlengang (2) des vom Prüfobjekt (1) herrührenden reflek
tierten Lichtes einleitet.
7. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sämtliche Reflektorflächen (12, 15) der Reflektoren (5, 10) lichtstreuend
strukturiert sind.
8. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusor (6) eine Teilverspiegelung von 50% aufweist.
9. Prüflampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilverspiegelung des Diffusors (6) Zonen mit unterschiedlichen
Reflexionsgraden aufweist.
10. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Pumpkammer (8) über deren Oberfläche verteilte Lichtleiter ein
münden, die das von außerhalb der Pumpkammer (8) befindliche Lichtquellen
(7) herrührende Licht in die Pumpkammer (8) einleiten.
11. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die optische Achse des Sensors bzw. der Kamera schräg einstellbar ist.
12. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusor aus mehreren Schalen besteht.
13. Prüflampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die innere, zum Prüfobjekt (1) hin gerichtete Oberfläche des Diffusors (6)
matt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934319869 DE4319869A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Prüflampe zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934319869 DE4319869A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Prüflampe zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4319869A1 true DE4319869A1 (de) | 1994-12-22 |
Family
ID=6490410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934319869 Withdrawn DE4319869A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Prüflampe zur opto-elektronischen Oberflächeninspektion von reflektierenden Oberflächen von Prüfobjekten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4319869A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19747784A1 (de) * | 1997-10-29 | 1999-05-06 | Rothe Lutz Dr Ing Habil | Objekterkennung mittels Thermosignaturanalyse |
DE19930043A1 (de) * | 1999-06-30 | 2001-01-04 | Wolf Systeme Ag | Beleuchtungsvorrichtung für die elektronische Bildverarbeitung |
US7460218B2 (en) * | 2003-04-30 | 2008-12-02 | Byk Gardner Gmbh | Device and method for determining the properties of surfaces |
-
1993
- 1993-06-16 DE DE19934319869 patent/DE4319869A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19747784A1 (de) * | 1997-10-29 | 1999-05-06 | Rothe Lutz Dr Ing Habil | Objekterkennung mittels Thermosignaturanalyse |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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