DE69415965T2

DE69415965T2 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen diffusen beleuchtung

Info

Publication number: DE69415965T2
Application number: DE69415965T
Authority: DE
Inventors: Steven Leblanc; Michael Messina; Timothy White
Original assignee: NORTHEAST ROBOTICS
Current assignee: Omron Microscan Systems Inc
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2014-02-16
Also published as: DE69415965D1; KR100337438B1; AU6254394A; US5684530A; WO1994019908A1; EP0685140A1; US5461417A; EP0685140B1; KR960701557A; EP0685140A4; JPH08510053A; SG52227A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um elektronisches, maschinelles Sehen von lichtreflektierenden Objekten zu ermöglichen, bei denen eine echte Beobachtung der betrachteten Oberfläche durch die Abdeckung potentieller Reflexionen entlang der Beobachtungsachse aufgrund von Beobachtungsfenstern und Kameras oder anderen, nichtleuchtenden Diskontinuitäten in der Ausleuchtungsumgebung ermöglicht wird.
Vorrichtungen zum elektronischen, maschinellen Sehen werden allgemein in Verbindung mit der automatischen Bearbeitung, Montage und Prüfvorrichtungen, insbesondere bei solchen in Roboterart, verwendet. Es werden allgemein Fernsehkameras verwendet, um das zu bearbeitende, zu montierende oder zu prüfende Objekt zu beobachten und das von der Kamera empfangene und übertragene Signal kann mit einem Standardsignal oder Datenbank verglichen werden, um festzustellen, ob der beobachtete Artikel ordnungsgemäß bearbeitet, ausgerichtet oder montiert wird. Vorrichtungen zum maschinellen Sehen werden auch in großem Umfang bei der Prü fung und bei Fehlererkennungsanwendungen verwendet, wobei Unregelmäßigkeiten und Mängel sowohl bei harten als auch bei weichen Gütern schnell ermittelt und Einstellungen oder Ausschußzuweisungen sofort bewirkt werden können.
Vorrichtungen zum maschinellen Sehen erkennen Anomalien durch den Vergleich des durch die Kamera erzeugten Signals mit einem vorgegebenen Signal, das die richtigen Dimensionen, Aussehen, Ausrichtung oder Ähnliches angibt. Um übereinstimmende und genaue Ergebnisse bei der Verwendung von Vorrichtungen zum maschinellen Sehen unter Verwendung elektronischer Kameras zu erhalten, ist es sehr wichtig, daß eine regelmäßige und gleichförmige Ausleuchtung des beobachteten Objektes vorhanden ist, da die Ausleuchtung das erzeugte Sehsignal ernsthaft beeinflußt und uneinheitliche Signale erzeugt, selbst wenn bei dem Objekt kein Fehler vorhanden ist, außer wenn es nicht gleichmäßig ausgeleuchtet ist.
Ausleuchtungsprobleme bei Anwendungen zum maschinellen Sehen sind insbesondere dann vorhanden, wenn das beobachtete Objekt eine glänzende und spiegelnde Oberfläche aufweist. Bei der Prüfung von gelöteten Schaltungen, wie sie zum Beispiel bei Leiterplatten verwendet werden, wird es durch die hochreflektierende Eigenschaft und die ungleichmäßige Oberflächengeometrie des Lötmittels sehr erschwert, ein genaues elektronisches Signal zu erhalten und dasselbe gilt bei der Verwendung von Vorrichtungen zum maschinellen Sehen für die Prüfung von Kugellagern, reflektierenden Verpackungen und anderen Objekten, die insbesondere uneinheitliche glänzende Oberflächen aufweisen.
Bei der Verwendung von Techniken und Vorrichtungen zum maschinellen Sehen bei Anwendungen mit glänzender Oberfläche ist es üblich, komplizierte Ausleuchtungssysteme für die Ausleuchtung des beobachteten Objektes zu verwenden und der Zweck dieser Ausleuchtungssysteme liegt darin, Schatten, Schlaglicht, Unterbelichtung, Reflexionen und andere Ausleuchtcharakteristika zu beseitigen, die durch glänzende Objekte mit konvexen Oberflächen hervorgerufen werden. Beispiele für komplexe Ausleuchtungssysteme zur Verwendung bei Vorrichtungen zum maschinellen Sehen werden in den US-Patenten 4,677,473; 4,882,498; 5,051,825; 5,060,065 und 5,072,127 gezeigt. Während die in diesen Patenten gezeigten Geräte in der Lage sind, verbesserte Ausleuchtcharakteristika zu erzeugen, beseitigen sie nicht fehlerhafte Signale, die von der Reflexion von Fenstern, Öffnungen oder Ausmündungsöffnungen in der Ausleuchtungsvorrichtung definiert und erforderlich sind, um die Beobachtung des betrachteten Artikels zu ermöglichen und diese Vorrichtungen beseitigen keine fehlerhaften Signale, die aufgrund von Reflexion von Kameras, Öffnungen oder Hohlräumen spiegelnder Objekte erzeugt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausleuchtung eines durch Kameras zum maschinellen Sehen zu beobachtenden Objektes zu bieten, wobei eine diffuse Ausleuchtung des Objektes erzeugt wird, die in ihrer Art kontinuierlich und frei von dunklen oder Hohlraumabschnitten ist, die fehlerhafte Sehsignale erzeugen könnten.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausleuchtung von spiegelnden Objekten zu bieten, die durch elektronische Kameras zum maschinellen Sehen, Filmkameras oder menschliche Beobachter beobachtet werden, wobei das Objekt durch eine primäre, diffuses Licht emittierende Außerbeobachtungsachsen-Diffuslichtquelle gleichmäßig ausgeleuchtet wird, die im wesentlichen von einer das Objekt umgebenden Hülle ausgestrahlt wird und ein Beobachtungsfenster oder Betrachtungsöffnung aufweist, um den Sehzugang entlang einer Beobachtungsachse zu ermöglichen, die gegen Reflexion durch das Objekt abgedeckt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausleuchtung von spiegelnden Objekten zu bieten, die durch elektronische Kameras zum maschinellen Sehen beobachtet werden, wobei das Objekt durch eine diffuses Licht emittierende Außerbeobachtungsachsen-Diffuslichtquelle gleichmäßig ausgeleuchtet wird, die eine Form und Größe aufweist, die ausreichend ist, um eine im wesentlichen gleichförmige Ausleuchtung des zu beobachtenden Objektes zu bieten und eine Auf-Beobachtungsachsen-Diffuslichtquelle, deren Licht durch ein Beobachtungsfenster in der Außerbeobachtungsachsen-Diffuslichtquelle projiziert wird, um maschinelles Sehen entlang einer Beobachtungsachse zu ermöglichen, während das Beobachtungsfenster gegen mögliche Reflexion von der Oberfläche des beobachteten Objektes abgedeckt ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausleuchtung von durch maschinelles Sehen beobachteten spiegelnden Objekten mit gleichmäßigem Diffuslicht zu bieten, wobei das Beobachtungsfenster gegen mögliche Reflexionen von der Oberfläche des beobachteten Objektes durch Einleitung von Diffuslicht durch das Fenster entlang der Beobachtungsachse in einer Intensität und Art abgedeckt wird, die der Intensität und Art des Primärdiffuslichtes ähnlich ist, das das Objekt ausleuchtet.
Ein zusätzliches Ziel der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Abdeckung von Sichtfenstern gegen mögliche Reflexionen in der Oberfläche von beobachteten Artikeln zu bieten, indem ein Licht durch das Fenster projiziert wird, das im wesentlichen mit der Art des Primärlichtes identisch ist, das das Objekt ausleuchtet.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausleuchtung eines durch maschinelles Sehen beobachteten, ausgeleuchteten Objektes zu bieten, das eine lichtreflektierende Oberfläche aufweist, wobei ein Strahlteiler verwendet wird, um ein durch ein Diffuslicht durch ein Kamerabeobachtungsfenster entlang der Kamerabeobach tungsachse zu projizieren, das im wesentlichen mit der Intensität und der Art des verbreiteten Primärdiffuslichtes identisch ist, das das Objekt ausleuchtet.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, die Tiefe der sich auf der Beobachtungsachse befindenden Lichtquellenbaugruppe durch die Verwendung eines gebogenen Strahlteilers zu minimieren.
Diese Ziele werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren erzielt, wie in den Ansprüchen dargelegt.
Die Ausführung der Konzepte der Erfindung wird in erster Linie bei Anwendungen zum maschinellen Sehen bei Objekten umgesetzt, die spiegelnde Oberflächen aufweisen, einschließlich der Oberflächen mit konvexen Konfigurationen und Oberflächen, die zahlreiche konvexe und konkave Strukturelemente wie beispielsweise Reliefmetallfolie und Ähnliches enthalten. Es ist jedoch ersichtlich, daß die in diesem Dokument offengelegten Erfindungskonzepte sowohl bei Prüfungskonzepten mit Filmkamera als auch bei menschlichen, mikroskopisch unterstützten Prüfungssystemen angewandt werden können.
Das durch maschinelles Sehen zu beobachtende Objekt, wie beispielsweise die Lötung einer Leiterplatte, ein Kugellager oder Ähnliches, wird von einer vorgegebenen Seite und einer vorgegebenen Richtung her durch eine Primär-Außerbeobachtungsachsen-Lichtdiffusionsquelle ausgeleuchtet. Eine Form, die die Außerbeobachtungs achsen-Lichtdiffusionsquelle aufweisen könnte, ist die Form einer durchscheinenden Haube, die über das Objekt gestülpt ist und die aus einem durchscheinenden Material besteht und von Lampen hintergrundbeleuchtet wird, oder die Haube kann auch eine innere Lichtdiffusionsoberfläche oder -schicht aufweisen und eine äußere Lichtreflexionsschicht, wobei das innen in die Haube projizierte Licht zerstreut wird und das Objekt, über welches die Haube übergestülpt ist, gleichförmig ausleuchtet. Eine andere Form, die die Außerbeobachtungsachsen-Lichtdiffusionsquelle aufweisen kann, ist die Form einer ringförmigen Diffuslichtquelle. In der Tat kann die Außerbeobachtungsachsen-Lichtdiffusionsquelle jede angemessene Form und Größe annehmen, um der Form und Größe eines gegebenen zu beobachtenden Objektes zu entsprechen, so daß das gesamte zu beobachtende Objekt oder jeder spezifische Bereich des besagten Objektes im wesentlichen gleichförmig ausgeleuchtet wird.
Bei beiden Ausführungen müssen ein oder mehrere Beobachtungsfenster, die in Form von einer oder mehreren Kameraöffnungen oder -ausmündungen realisiert werden könnten, oder andere Materialzonen, die für eine Kamera für maschinelles Sehen durchscheinend erscheinen, in der Primär-Diffuslichtquelle definiert sein, wobei die Kamera außerhalb der Begrenzungen der Primär- Diffuslichtquelle angeordnet ist und einen Sehzugang auf das innerhalb der Primärlichtquelle angeordnete Objekt haben kann. Die Sichtlinie von der Kamera durch das Beobachtungsfenster zum Objekt stellt eine Beob achtungsachse dar. Um zu vermeiden, daß das oder die Beobachtungsfenster und die Kameras von der Oberfläche des beobachteten Objektes reflektiert werden und dadurch falsche oder fehlerhafte Signale erzeugen, die Fehler anzeigen, wird ein Diffuslichtprojektor unter Verwendung eines flachen oder gebogenen Strahlteilers jedem Beobachtungsfenster zugeordnet, um ein sekundäres Auf-Beobachtungsachsen-Diffuslicht durch das Beobachtungsfenster und auf das beobachtete Objekt zu projizieren, das in seiner Intensität und Art im wesentlichen gleich dem Diffuslicht ist, das durch die Primär-Diffuslichtquelle auf das Objekt geworfen wird und auf diese Weise werden die dazugehörigen Fenster und Kamera(s) gegen eine Reflexion in der Oberfläche des von der Kamera oder Kameras beobachteten Objektes abgedeckt. Dementsprechend werden durch die Abdeckung des Beobachtungsfensters falsche Signale oder Reflexionen von dem beobachteten Objekt vermieden und ein echtes Kamerasignal empfangen, das in der Lage ist, den Zustand des beobachteten Objektes frei von Fehlsignalen aufgrund von Reflexionen der Ausleuchtung oder der Beobachtungsvorrichtungen zu interpretieren.
Der Diffuslichtprojektor weist vorzugsweise die Form eines Strahlteilers auf, einschließlich eines teilweise versilberten Spiegels oder halbversilberten Membranhäutchens aus Nitrocellulose oder Plastikfolie, wie beispielsweise "MYLAR", die bei bestimmten Anwendungen vorteilhafte Strahlteilereigenschaften aufweist, einen Lichterzeuger und eine Lichtdiffusionstafel, bei der das durch die Lichtdiffusionstafel hin durchgehende Diffuslicht durch den teilweise versilberten Spiegel oder Membrane durch das Beobachtungsfenster entlang der Beobachtungsachse reflektiert wird. Da der Spiegel lichtdurchlässig ist, beobachtet die Kamera das Objekt weiterhin durch den Strahlteilerspiegel und zeichnet genau die Oberflächenzustände des beobachteten Objektes auf.
Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann ein Strahlteiler verwendet werden, der dem in meiner ebenfalls anhängigen Anmeldung mit der Aktenzeichen-Nr. 07/750,257, eingereicht am 27. August 1991, jetzt US- Patent Nr. 5,187,611, gleicht. Der Strahlteilerlichterzeuger kann mehrere verschiedene Formen aufweisen, wie in dem zuvor erwähnten Patent dargestellt, wie beispielsweise Glühlampen, Dioden, Glasfaseroptik oder Ähnliches, wobei bei der praktischen Ausführung der Erfindung Kontrollmittel eine genaue Kontrolle und Veränderung des erzeugten und durch den Strahlteiler reflektierten Diffuslichtes ermöglichen, um das vom Strahlteiler projizierte Licht dem durch die Diffuslichtquelle gelieferten Licht anzugleichen.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich sein wird, ist die Vorrichtung zur Ermöglichung der praktischen Ausführung der Erfindung relativ einfach und preiswert im Vergleich zu Geräten des Standes der Technik, die nicht in der Lage sind, ein echtes, kontinuierliches Diffuslicht zu bieten, wie es die Erfindung bietet.
Die vorstehend erwähnten Gegenstände und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen ersichtlich, wobei:
Fig. 1, 3 und 5 traditionelle Ausleuchtungsgeometrien darstellen, die in Verbindung mit Systemen zum maschinellen Sehen verwendet werden, nämlich jeweils koaxiale Ausleuchtung, Außerachsen-Diffusionshaubenbeleuchtung und Ringbeleuchtung,
Fig. 2, 4 und 6 Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramme darstellen, bei denen es sich um Diagramme handelt, bei denen das Inzidenzbeleuchtungsniveau als eine Funktion des Inzidenzwinkels in Verbindung mit den jeweils in Fig. 1, 3 und 5 dargestellten Ausleuchtungsgeometrien dargestellt wird,
Fig. 7 und 9 zwei Ausführungen kontinuierlicher Diffusbeleuchtungsgeometrien darstellen, die durch die Erfindung des Antragstellers in Betracht gezogen werden,
Fig. 8 und 10 die Inzidenzwinkelhelligkeitsdiagramme in Verbindung mit den in Fig. 7 und 9 jeweils dargestellten Ausleuchtungsgeometrien darstellen,
Fig. 7A und 9A zwei Ausleuchtungsgeometrien darstellen, die mit einfachen Geräten an die Gegenstände der Erfindung des Antragstellers herangehen, bei denen eine einzelne Lichtquelle verwendet wird,
Fig. 11 eine schematische Seitenansicht der Grundvorrichtung und der damit verbundenen Beziehungen ist, wodurch die praktische Ausführung der Erfindung mit einer durch eine Primär-Diffuslichtquelle hintergrundbeleuchteten, durchscheinenden Haube ermöglicht wird,
Fig. 12 eine vergrößerte Detailansicht des Strahlteilers und der Fernsehkamera ist, die bei der praktischen Ausführung der Erfindung zur Anwendung kommen, wobei der Strahlteiler in diesem Schnitt dargestellt wird,
Fig. 12A eine vergrößerte Detailansicht eines gebogenen Strahlteilers ist, der bei der praktischen Ausführung der Erfindung verwendet wird, wobei der Strahlteiler in diesem Schnitt dargestellt wird,
Fig. 13 eine schematische Darstellung der Vorrichtung unter Anwendung der Prinzipien der Erfindung bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist, wobei für die Diffuslichtbeleuchtungshaube eine innere Lichtdiffusionsoberfläche und eine äußere Lichtreflexionsoberfläche und eine Mehrzahl von Kameras und Beobachtungsöffnungen verwendet werden,
Fig. 14 eine diametrische Schnitt-Seitenansicht einer weiteren Ausführung einer Haubenhülle mit einer inneren Lichtdiffusionsoberfläche ist, wobei an dem unteren Ende der Haube ein Ring angebracht ist und auf dem Ring eine Mehrzahl von Lampen angebracht sind und wobei der Ring eine reflektierende Oberfläche aufweist, die das Licht aufwärts in die Hülle und auf die innere Diffusreflexionsoberfläche der Haube reflektiert,
Fig. 15 eine Draufsicht der Ausführung von Fig. 4, gesehen vom höchsten Punkt von Fig. 4 ist, wobei der Haubenhals in diesem Schnitt dargestellt wird,
Fig. 16 eine Draufsicht-Schnittansicht entlang des Schnittes 16-16 von Fig. 14 ist,
Fig. 17 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführung der Vorrichtung und zugehörigen Beziehungen ist, wodurch die praktische Ausführung der Erfindung mit einer hintergrundbeleuchteten durchsichtigen und ringförmigen Primär-Diffuslichtquelle ermöglicht wird,
Fig. 18 eine schematische Veranschaulichung einer Vorrichtung unter Anwendung der Prinzipien der Erfindung bei der praktischen Ausführung ist, wobei bei einem Diffuslicht-Ringbeleuchter eine äußere Lichtreflexionsoberfläche verwendet wird,
Fig. 19 eine Seitenansicht einer Außerachsen-Ringbeleuchtergeometrie ist, die insbesondere für die Betrachtung von kreisförmigen Objekten oder Bereichen geeignet ist,
Fig. 20 eine Seitenansicht einer Außerachsen-Ringbeleuchtergeometrie ist, die insbesondere für die Betrachtung von quadratischen Objekten oder Bereichen geeignet ist,
Fig. 21 eine Seitenansicht einer Außerachsen-Ringbeleuchtergeometrie ist, die insbesondere für die Betrachtung von rechteckigen Objekten oder Bereichen geeignet ist,
Fig. 22 eine schematische Seitenansicht einer einfachen Ausführung einer Vorrichtung und dazugehörigen Beziehungen ist, wodurch die praktische Ausführung der Erfindung mit einem durch eine Primär-Diffuslichtquelle hintergrundbeleuchteten, durchscheinenden Kegel und einem in einer Linie mit der Beobachtungsachse angeordneten Strahlteiler ermöglicht wird, und
Fig. 23 eine schematische Seitenansicht einer weiteren einfachen Ausführung der Vorrichtung und dazugehörigen Beziehungen ist, wodurch die praktische Ausführung der Erfindung unter Verwendung einer durchscheinenden, rohrförmigen, hintergrundbeleuchteten Primär-Diffuslichtquelle und einem in einer Linie mit der Beobachtungsachse angeordneten, winkligen Strahlteiler ermöglicht wird.
Indem wir uns nun wieder den Details der Figuren zuwenden, stellen Fig. 1-6 verschiedene Ausleuchtungsgeometrien dar, die bei Systemen zum maschinellen Sehen traditionell gemeinsam mit ihren zugehörigen Inzidenzwinkelhelligkeitshistogrammen verwendet wurden. So wird beispielsweise in Fig. 1 ein koaxiales Ausleuchtungssystem 1 verwendet, um Objekt 2 auszuleuchten, während es von einer elektronischen Kamera für maschi nelles Sehen 3 betrachtet wird. Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm ersichtlich ist, bietet dieses koaxiale Ausleuchtungssystem eine Diffusbeleuchtungszone 4 mit einem wünschenswerten Inzidenzbeleuchtungsniveau, das mit einem Inzidenznullwinkel außerhalb der Beobachtungsachse deckungsgleich ist, jedoch im wesentlichen ohne jede Ausleuchtung ist, sobald der Inzidenzwinkel von Null abweicht.
Fig. 3 stellt ein Außerbeleuchtungsachsen-Diffushaubenbeleuchtungssystem 5 dar, das ein Objekt 2 ausleuchtet, das von einer elektronischen Kamera für maschinelles Sehen 3 durch ein Beobachtungsfenster 6 beobachtet wird, das eine Öffnung oder Ausmündungsöffnung oder sogar eine Materialzone sein kann, die für eine Kamera für maschinelles Sehen durchscheinend erscheint, wie beispielsweise durchsichtiger Kunststoff oder Ähnliches. Dieses Ausleuchtungssystem erzeugt die in Fig. 4 dargestellte gleichförmige Diffusbeleuchtungszone 4. Während das Inzidenzbeleuchtungsniveau im wesentlich gleichförmig ist, da der Inzidenzwinkel des Lichtes bei Entfernung vom Inzidenznullwinkel außerhalb der Beobachtungsachse ansteigt, ist der Auf-Beobachtungsachsenbereich 7, der einen Inzidenzwinkel aufweist, der gegen Null Grad außerhalb der Achse geht, im wesentlichen ohne jede Ausleuchtung.
Das Ringbeleuchtungssystem und dessen entsprechendes Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm bieten, wie in Fig. 5 und 6 jeweils dargestellt, eine gleichförmige Diffusbeleuchtungszone 4 mit einem im wesentlichen gleichförmigen Inzidenzbeleuchtungsniveau, das im wesentlichen der Form des verwendeten Ringbeleuchters 8 entspricht.
Fig. 7, 7A, 8, 8A, 9, 9A, 10 und 10A zeigen vier Ausführungen von Ausleuchtungssystemen und -verfahren, wie sie durch die vorliegende Erfindung und ihre jeweiligen Inzidenzhelligkeitshistogramme beabsichtigt sind. Zuerst zeigt Fig. 7 ein haubenförmiges kontinuierliches Diffusbeleuchtungssystem, das eine Kombination des koaxialen Ausleuchtungssystems 1 von Fig. 1 und des Außerbeleuchtungsachsen-Diffushaubenbeleuchtungssystems 5 von Fig. 3 aufweist. Die Kombination dieser beiden Ausleuchtungssysteme ergibt eine Ausleuchtungsumgebung mit dem in Fig. 8 dargestellten Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm. Diese Umgebung ist gekennzeichnet durch eine Diffusbeleuchtungszone 4 mit einem im wesentlichen gleichförmigen Inzidenzbeleuchtungsniveau unabhängig vom Inzidenzwinkel.
Fig. 7A zeigt ein einfaches, kegelförmiges Diffusbeleuchtungssystem, das die unter Verwendung der Ausführung von Fig. 7 erhaltenen Ergebnisse annähernd erreicht. Diese Ausführung weist ein konisches Außerbeleuchtungsachsen-Diffusbeleuchtungssystem auf, das dem haubenförmigen Ausleuchtungssystem 5 von Fig. 3 ähnlich ist. Diese Ausführung ersetzt die Sekundär- Diffuslichtquelle durch einen einfachen Strahlteiler, der im Beobachtungsfenster winklig angeordnet ist. Diese Strahlteileranordnung arbeitet daher so, daß ein Teil des von der Außerbeobachtungsachsen-Diffuslichtquelle durch den Kegel projizierten Lichtes reflektiert wird, während sie gleichzeitig einen Sehzugang auf das beobachtete Objekt ermöglicht, das durch ein außerhalb des kegelförmigen Diffusbeleuchtungssystems angeordnetes Beobachtungsmittel beobachtet wird. Diese Ausführung ergibt eine Ausleuchtungsumgebung mit dem in Fig. 8A dargestellten Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm. Diese Umgebung ist gekennzeichnet durch eine Diffusbeleuchtungszone 4 mit einem im Verhältnis zur Durchlässigkeit des verwendeten Strahlteilers reduzierten Helligkeitsniveau. Die Zone reduzierter Helligkeit 4' entspricht den Inzidenzwinkeln, die dem Strahlteiler zugeordnet sind. Beispielsweise ergibt sich bei einem Strahlteiler mit einem Reflexions- Durchlässigkeitsverhältnis von 50. 50 eine Ausleuchtungsumgebung, die durch ein Histogramm gekennzeichnet ist, das ein 50-prozentiges Helligkeitsniveau darstellt, das den Winkeln zugeordnet ist, die den Inzidenzwinkeln entsprechen, die dem Strahlteiler zugeordnet sind. Ebenso, wenn ein Strahlteiler mit einem Reflexions-Durchlässigkeitsverhältnis von 70. 30 verwendet wird, wird eine Ausleuchtungsumgebung geschaffen, die ein 70-prozentiges Helligkeitsniveau aufweist, das den Inzidenzwinkeln entspricht, die dem Strahlteiler zugeordnet sind.
Fig. 9 stellt eine weitere Ausführung der Erfindung dar, bei der das koaxiale Ausleuchtungssystem 1 von Fig. 1 mit dem Ringbeleuchtungssystem 8 von Fig. 5 kombiniert wird, um ein kontinuierliches Ringbeleuch tungssystem zu schaffen. Die durch dieses System geschaffene Ausleuchtungsumgebung wird durch das in Fig. 10 gezeigte Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm dargestellt, bei dem ein über eine spezifische Region im wesentlichen gleichförmiges Inzidenzbeleuchtungsniveau erzeugt wird, dessen Form und Größe von der Form und Größe des Ringbeleuchtungssystems abhängig ist.
Fig. 9A zeigt ein einfaches, zylindrisches Diffusbeleuchtungssystem, das die unter Verwendung der Ausführung von Fig. 9 erhaltenen Ergebnisse annähernd erreicht. Diese Ausführung weist einen Außerbeleuchtungsachsen-Diffusbeleuchtungszylinder auf. Bei dieser Ausführung wird die Sekundär-Diffuslichtquelle durch einen einfachen Strahlteiler ersetzt, der winklig im Beobachtungsfenster angeordnet ist, das durch eine Öffnung oben im Zylinder ausgebildet ist. Diese Strahlteileranordnung funktioniert also so, daß ein Teil des durch den Außerbeobachtungsachsen-Diffusbeleuchtungszylinder projizierten Diffuslichtes reflektiert wird, während sie gleichzeitig einen Sehzugang auf das beobachtete Objekt ermöglicht, das außerhalb des Diffusbeleuchtungszylinders angeordnet ist. Diese Ausführung ergibt eine Ausleuchtungsumgebung mit dem in Fig. 10A dargestellten Inzidenzwinkelhelligkeitshistogramm. Diese Umgebung ist gekennzeichnet durch eine Diffusbeleuchtungszone 4, die der von Fig. 10 ähnlich ist. Jedoch zeigt diese Ausleuchtungsumgebung eine Diffusbeleuchtungszone 4 mit einem im Verhältnis zur Durchlässigkeit des verwendeten Strahlteilers reduzierten Helligkeitsniveau, das der durch die Ausfüh rung von Fig. 7A erzeugten Ausleuchtungsumgebung sehr ähnlich ist, wobei die Zone reduzierter Helligkeit 4' den Inzidenzwinkeln entspricht, die dem Strahlteiler zugeordnet sind.
Eine vereinfachte schematische Komponentenanordnung, die eine Ausführung der Erfindungskonzepte veranschaulicht, ist in Fig. 11 dargestellt, wobei das von einer Fernsehkamera für maschinelles Sehen betrachtete Objekt als 10 angegeben ist. Das Objekt 10, das normalerweise bei der praktischen Ausführung der Erfindung eine glänzende oder spiegelnde Oberfläche aufweisen würde, wie beispielsweise die gelöteten Oberflächen einer Leiterplatte oder eines sphärischen Kugellagers, eine reflektierenden Packungsoberfläche oder Ähnliches aufweisen würde und oftmals eine uneinheitliche oder unebene Konfiguration aufweist, wird von einer mit 12 angegebenen Kamera betrachtet. Die Betrachtung des Objektes 10 durch die Kamera 12 erfolgt entlang der Beobachtungsachse A, wie in Fig. 11 angegeben. Normalerweise liegt der Zweck der Betrachtung des Objektes 10 durch die Kamera 12 darin, das Objekt 10 auf Fehler hin zu betrachten. Die Betrachtung kann jedoch aus jedem beliebigen Grund wünschenswert sein, wie beispielsweise aus Gründen der Bearbeitungsausrichtung oder Montageausrichtung vor nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen oder zum Lesen von gedruckten, beschrifteten oder chemisch oder durch Laser geätzten Vorlagen. Die Konzepte der Erfindung sind insbesondere deshalb geeignet für die Fehlererkennung, weil eine wirklich gleichförmige Ausleuchtung des Objektes 10 erzielt wird, bei der bedeutende Änderungen bei Licht, das vom Objekt reflektiert wird, nur von lokalisierten Oberflächenschrägen kommt, die größer sind als der halbe Inzidenzausleuchtungswinkel, wie dies häufig bei Oberflächenfehlern der Fall ist und keine unerwünschten Reflexionen normaler Abweichungen in der Oberflächengeometrie, die nicht mit Fehlerzuständen zusammenhängen.
In Übereinstimmung mit den Konzepten der Erfindung wird ein Lichtprojektor 14 zwischen das Objekt 10 und die Kamera 12 innerhalb der Beobachtungsachse A eingebunden und eine im wesentlichen gleichförmige Primärbeleuchtung des Objektes 10 wird durch eine durchscheinende hintergrundbeleuchtete, halbkugelförmige Haube oder Hülle 16 erzielt, die über dem Objekt 10 angeordnet ist, wie aus Fig. 11 ersichtlich ist. Die durchscheinende Haube 16 kann aus getrübtem oder behandeltem Glas oder aus Kunststoff oder Ähnlichem bestehen, wobei das dadurch hindurchgehende Licht gleichförmig zerstreut wird. Die Haube weist eine Innenoberfläche 18 auf, die auf das Objekt 10 ausgerichtet ist, und in der Haube 16 wird ein Beobachtungsfenster oder -öffnung 20 gebildet, um die Beobachtungsachse A aufzunehmen. Die Haube 16 wird von der Rückseite von einer Mehrzahl von Lampen 22 ausgeleuchtet, die Licht auf die Außenoberfläche von Haube 16 werfen, wobei dieses Licht zerstreut und von der Innenoberfläche 18 auf das Objekt 10 ausgestrahlt wird, um das Objekt 10 zur Beobachtung durch die Kamera 12 gleichförmig zu auszuleuchten.
Wenn das Objekt 10 eine glänzende, spiegelnde Oberfläche aufweist, wie dies bei der Betrachtung von Lötstellen, Kugellagern, reflektierenden Packungen und Ähnlichem der Fall ist, reflektiert die Oberfläche eines solchen Objektes das Bild des Haubenbeobachtungsfensters oder -öffnung 20, durch das die Kamerabetrachtung entlang der Achse A erfolgt. Da aus dem Fenster 20 mit einer herkömmlichen Ausleuchtungshaube kein Licht austritt, erscheint das Fenster 20 als ein dunkler oder tote Bereiche in der Haube 16, die durch die Kamera 12 beobachtet wird, und die Kamera erkennt die dunkle Reflexion des Fensters 20 als einen Defekt, außer wenn der Kameraausgang so programmiert ist, daß er diese Fensterreflexion ignoriert. Wenn das Kameraprogramm die Fensterreflexion ignoriert, wird ein Mangel auf Objekt 10, der mit der Beobachtungsachse A deckungsgleich ist, durch die Kamera 12 nicht erkannt, wodurch ein fehlerhaftes Objekt die Prüfung passieren kann.
Um die zuvor beschriebenen, aus der Reflexion des Fensters 20 resultierenden Probleme zu bewältigen, projiziert der Lichtprojektor 14 entlang der Beobachtungsachse A Diffuslicht durch das Fenster 20 auf das Objekt 10. Auf diese Weise erscheint das Fenster 20 nicht mehr als dunkler Fleck auf der Innenoberfläche 18 der Haube 16 und wenn das aus dem Strahlteiler 14 ausgestrahlte Licht von seiner Intensität und seinen Merkmalen dem Primär-Diffuslicht ähnlich ist, das durch die Haube 16 hindurchgeht, wie es von den Lampen 22 erzeugt wird, so ist die Haube 16 frei von dunklen oder tote Bereiche und es wird eine wirklich gleichförmige Ausleuchtung des Objektes 10 erzielt und Defekte auf Objekt 10, die mit der Beobachtungsachse A deckungsgleich sind, werden durch die Kamera 12 erkannt.
In den bevorzugten Ausführungen ist der Lichtprojektor 14 ein Strahlteiler und weist ein Gehäuse 24 auf, in dem ein Spiegel 26 angeordnet ist. Der Spiegel 26 kann winklig zur Beobachtungsachse A angeordnet sein, wobei der Spiegel eine Fläche 28 aufweist, die in Richtung der Kamera 12 ausgerichtet ist, und eine Fläche 30, die in Richtung des Objektes 10 ausgerichtet ist. Die Oberflächen 28 und/oder 30 sind auf herkömmliche Art und Weise mit Silberstreifen versehen oder anders behandelt, wobei der Spiegel 26 sowohl eine reflektierende Oberfläche, als auch eine lichtdurchlässige Oberfläche darstellt, wobei das Licht durch den Spiegel 26 vom Objekt 10 zur Beobachtung durch die Kamera 12 hindurchdringen kann und der Spiegel 26 ebenfalls das durch die Strahlteilerlichtquelle erzeugte Diffuslicht reflektiert, wie später beschrieben. Alternativ kann der Strahlteilerspiegel 26 aus einem halbversilberten Membranhäutchen aus Nitrocellulose oder Kunststoffmaterial wie beispielsweise "MYLAR" bestehen, das vorteilhafte Strahlteilungsmerkmale bei bestimmten Anwendungen hat. Unabhängig davon, welches Material als Strahlteilerspiegel 26 verwendet wird, kann dieses in einer gebogenen Konfiguration verwendet werden, wobei eine konkave Fläche in Richtung sowohl des Ob jektes 10 als auch der Lichtquelle 34 ausgerichtet ist und eine konvexe Fläche in Richtung des Beobachtungsmittels ausgerichtet ist, bei dem es sich um eine Kamera für maschinelles Sehen handeln kann, wie in Fig. 12A dargestellt. Diese Konfiguration bietet eine erhöhte Bandbreite an Inzidenzwinkeln für die Auf-Beobachtungsachsen-Diffuslichtquelle, während gleichzeitig die Höhe des Lichtprojektors 14 reduziert ist.
Der Lichtprojektor 14 weist mindestens eine durchscheinende Lichtdiffusionstafel 32 auf, die aus behandeltem Glas oder aus anderem Material ausgebildet und in der Lage ist, Licht gleichmäßig zu zerstreuen, das durch die Lichtquelle 34 auf die Tafel 32 geworfen wird. Die Lichtquelle 34 kann aus einer Mehrzahl von Lampen, Dioden oder optischen Fasern bestehen, die ein relativ gleichförmiges Lichtfeld erzeugen können, das auf den Diffuser 32 geworfen wird, wobei dieses Diffuslicht den Spiegel 26 ausleuchtet und in Richtung 36 projiziert wird, die durch die Pfeile angegeben ist, was die Beobachtungsachse A darstellt. Es ist offensichtlich, daß die Lichtrichtung 36 koaxial und deckungsgleich mit der Beobachtungsachse A ist. Die Größe des Spiegels 26 ist so bemessen, daß das Diffuslicht, das von dort entlang der Pfeile 36 reflektiert wird, ausreichend ist, um das Beobachtungsfenster 20 vollständig zu belegen, so daß das Fenster 20 mit dem Diffuslicht "gefüllt" ist, das von der Diffusertafel 32 und der Lichtquelle 34 ausgestrahlt wird. Es versteht sich von selbst, daß der Lichtprojektor 14, die Lichtquelle 34 und die durchscheinende Lichtdiffusionstafel 32 in Größe, Form und relativer Nähe angepaßt werden können, um eine kontinuierliche, gleichförmige Ausleuchtung von Objekten verschiedener Größen oder bei verschiedenen Arbeitsentfernungen zu schaffen.
Der Lichtprojektor 14 weist eine Lichtabsorptionstafel 38 auf, wobei die Intensität des durch die Lichtquelle 34 erzeugten Lichtes durch den Lichtsteuerungsrheostat 40 einstellbar ist, um sicherzustellen, daß die Intensität und die Art des Lichtes 36 im wesentlichen dem durch die Haube 16 zerstreuten und durch die Lampen 22 auf das Objekt 10 geworfenen Primärlichtes gleich ist.
Der Lichtprojektor 14 ist in vieler Hinsicht dem in US-Patent Nr. 5,187,611 ähnlich und die in diesem Patent dargestellten Strahlteilerkonzepte sind in der vorliegenden Anmeldung anwendbar.
Durch die Regulierung der Lichtsteuerung 40 ist das durch das Fenster 20 projizierte Licht an Intensität und Art gleich dem anderen Licht, das auf Objekt 10 geworfen wird, und die Verwendung der Erfindungskonzepte beseitigt vollkommen falsche Ablesungen, die andernfalls durch die Kamera 12 aufgrund der Reflexion von Fenster 20 und der dahinter positionierten Kamera, wie durch die Oberfläche von Objekt 10 reflektiert, vorkommen könnten. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird das Fenster 20 neutralisiert und es wird eine echte, kontinuierliche Diffuslichtquelle für das Objekt 10 erzielt, die Falschablesungen durch die Kamera 12 beseitigt, und eine echte, 100-prozentige Prüfung der durch die Kamera 12 zu beobachtbaren Seite des Objektes 10 ermöglicht.
Eine Variante der Erfindungskonzepte wird in Fig. 13 dargestellt. In Fig. 13 ermöglichen drei Haubenbeobachtungsfenster, Kameras und Lichtprojektoren die Betrachtung des Objektes von verschiedenen Winkeln und die Diffuslichtquellenhaube wird von innen ausgeleuchtet, um so eine weniger umfangreiche Komponentengruppe zu erzeugen, wie dies mit der in Fig. 11 dargestellten Anordnung möglich ist.
In der Ausführung von Fig. 13 werden Komponenten, die den zuvor beschriebenen ähnlich sind, durch Striche dargestellt, wobei diese Komponenten auf eine mit der oben beschriebenen identische Art und Weise arbeiten.
In Fig. 13 ist die Ausleuchtungshaube 42 über dem zu beobachtenden Objekt 10' angeordnet, wobei die Haube 42 eine innere halbkugelförmige Schicht 44 aus Diffusreflexionsfarbe aufweist. Die Konstruktion ist so ausgeführt, daß das auf die Schicht 44 innerhalb der Haube 42 geworfene Licht diffus nach innen auf das Objekt 10' reflektiert wird, wodurch ein primärer Ausleuchtungseffekt ähnlich dem geboten wird, der mit der Ausführung von Fig. 11 erzielt wird.
Die Haube 42 ist mit drei Beobachtungsfenstern ausgestattet, die mit 48, 50 und 52 bezeichnet sind und die Öffnung 50 ist einer Kamera 12' und einem Lichtprojektor 14' zugeordnet, während die Öffnung 52 ein Beob achtungsfenster für eine Kamera 12" und einen Lichtprojektor 14" bietet, während das Fenster 48 einen Zugang für die Beobachtungsachse A''' der Fernsehkamera 12''' bietet, die einem Lichtprojektor 14''' zugeordnet ist.
Die Primärlichtquelle für die Haube 42 ist durch die Lampen 54 gegeben, die neben dem Objekt 10' angeordnet und in Richtung des Inneren der Haube 42 so ausgerichtet sind, daß die Reflexionsschicht 44 das von den Lampen 54 ausgestrahlte Licht empfängt und das von der Schicht 44 reflektierte Licht durch die Schicht 44 zerstreut wird, um das Objekt 10' mit einem gleichförmigen Diffuslicht zu beleuchten. Durch die Anordnung der Lampen 54 neben dem Objekt 10' sind kompaktere Abmessungen und Beziehungen der Komponenten möglich als bei der veranschaulichten Ausführung von Fig. 11, und es sind Größen- und Konfigurationsvorteile bei der Ausführung von Fig. 13 vorhanden.
Bei den Lichtprojektoren 14', 14" und 14''' der Ausführung von Fig. 13 können jeweils separate Lampensteuerungsrheostate 40', 40" und 40''' verwendet werden, wobei die verschiedenen Lichtprojektoren separat steuerbar sind, so daß bei kleinsten Lichtveränderungen, die bei Fenster 48, 50 und 52 eintreten, eine Anpassung erfolgen kann. Es ist jedoch auch möglich, die Lichtquellen der drei Lichtprojektoren durch einen Stromkreis 56 parallel zu schalten, wie dies in punktierten Linien in Fig. 13 dargestellt wird, die durch einen einzelnen Rheostaten 58 gesteuert werden.
Die Konzepte für den Betrieb der Ausführung von Fig. 13 sind identisch mit den oben in bezug auf Fig. 11 beschriebenen. Die Beobachtungsachse einer jeden dieser drei Kameras ist auf das oder die Betrachtungsobjekte 10' gerichtet und das Haubenbeobachtungsfenster, durch das sich jede Kamerabeobachtungsachse erstreckt, wird mit Diffuslicht von dem zugehörigen Lichtprojektor gefüllt, um alle Falschablesungen zu beseitigen, die andernfalls aufgrund der Reflexion von der Oberfläche von Objekt 10' der Fenster 48-52 vorhanden wären. Bei herkömmlichen Ausleuchtungshauben brachte das Vorhandensein einer Mehrzahl von Kameras, um die Betrachtung des Objektes von verschiedenen Winkeln zu ermöglichen, auch eine Mehrzahl an reflektierten dunklen Flecken mit sich, und zwar aufgrund des Vorhandenseins der Beobachtungsfenster in der Haube, was die Wahrscheinlichkeit von Falschablesungen sowie das Übersehen von Fehlern bei dem beobachteten Objekt erhöhte. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung wird unabhängig von der Anzahl der in der Haube gebildeten Fenster eine kontinuierliche Lichtquelle für das beobachtete Objekt geboten und alle Schatten oder dunkle Reflexionen vom Objekt 10' stellen Fehler dar und nicht Reflexionen von Ungleichförmigkeiten in der Ausleuchtungshaubenstruktur an sich.
In Fig. 14-16 wird eine weitere Ausführung für die Ausleuchtung eines Objektes mit Diffuslicht unter Verwendung der Konzepte der Erfindung veranschaulicht. Bei dieser Ausführung wird eine im allgemeinen mit 60 angegebene Hülle oder Haube aus einem lichtundurchlässigen Material oder aus einem durchscheinenden Material und einer Konfiguration mit unterer Glocke und mit einer Außenoberfläche oder -schicht 61 und einer Innenoberfläche oder -schicht 63 ausgebildet. Die Schicht 61 ist innen versilbert, oder Ähnliches, um als ein Spiegel oder wirksamer Lichtreflektor zu wirken, wobei die Innenoberfläche 63 eine Lichtdiffusionsschicht darstellt, durch die das Licht innerhalb der Haube 60 durch die Schicht 61 reflektiert und durch die Schicht 63 zerstreut wird. Die Haube 60 weist eine untere ringförmige Kante 62 auf und in den oberen Bereichen einen zylindrischen Hals 64, der in Öffnung 66 offen ist. Eine ringförmige Öffnung 68 ist innerhalb der Haube 60 im oberen Bereich des Glockenteils definiert und eine elektronische Kamera, wie beispielsweise eine nicht dargestellte Fernsehkamera, wird so angepaßt, daß sie über der Haube 60 positioniert werden kann und eine zur Achse der Haube 60 koaxiale Beobachtungsachse aufweist, wie durch die gepunkteten Linien 70 dargestellt. Die Beobachtungsachse, wie sie durch die Linien 70 dargestellt wird, ist in einer Flucht mit dem lichtreflektierenden Objekt, das ausgeleuchtet und betrachtet werden soll, wie in 72 dargestellt.
Ein teilweise versilberter Strahlteilerspiegel 74 wird innerhalb des Halses 64 montiert und winklig zur Beobachtungsachse angeordnet. Der Spiegel 74 kann wie bei 76 in den Hals 64 eingebettet oder andernfalls am Hals angebracht sein. Eine Mehrzahl von Lampen 78, die Dioden, Glühlampen oder Ähnliches sein können, sind außen am Hals 64 auf einer Halterung 88 montiert, die nach Fig. 5 mit Stiften 84 am Hals 64 angebracht ist.
Der Haubenhals 64 ist durchscheinend und stellt einen Lichtdiffuser dar, in den das durch Lampen 78 ausgestrahlte Licht eindringt und zerstreut wird, bevor es vom Spiegel 74 reflektiert wird. Das durch den teilweise versilberten Strahlteiler 74 hindurchgehende Licht geht durch die im Hals 64 ausgebildete Öffnung 80 hindurch, die sich in gegenläufiger Beziehung zu den Lampen 78 befindet, und eine Lichtabsorptionstafel 86 ist auf der Halterung 82 montiert, um das von den Lampen 78 ausgestrahlte Licht zu absorbieren, das durch den Spiegel 74 hindurchgeht. Die Halterung 82 ist mit Stiften 84 am Hals 64 angebracht. Es ist ersichtlich, daß die im Glockenteil der Haube 60 definierte, lichtreflektierende Oberfläche sich nicht auf die Außenoberfläche des Halses 64 erstreckt und ein Teil dieses Lichtes vom Spiegel 74 nach unten entlang der Linien 70 auf das betrachtete Objekt 72 reflektiert wird.
Ein Jahresring bzw. Ring 90 ist an dem unteren Ende der Haube 60 neben der unteren Kante 62 mittels einer Mehrzahl von Befestigungsmitteln 92 angebracht. Die querschnittsmäßige Konfiguration des Ringes 90 ist aus Fig. 4 ersichtlich, wobei der Ring eine sich radial nach innen erstreckende Lippe aufweist, auf der eine ringförmige, reflektierende Oberfläche 94 ausgebildet ist. Die reflektierende Oberfläche 94 kann versilbert sein, um ihre Lichtreflexionsfähigkeiten zu erhöhen, wobei die Oberfläche 94 in bezug auf die Horizontale winklig angeordnet ist, wobei das auf die Oberfläche 94 auftreffende Licht innen in das Glockenteil 94 der Haube 60 hineinreflektiert wird. Der Ring kann ebenfalls aus einem durchscheinenden Material hergestellt sein, das so bearbeitet ist, daß es eine Dicke aufweist, die bewirkt, daß das durch den Ring übertragene Diffuslicht in seiner Intensität gleich dem von der Innenseite des Glockenteils der Haube reflektierten Licht ist.
Eine Mehrzahl von Lampen 96 ist innerhalb des Ringes 90 in gleichmäßigem Abstand zueinander um den gesamten Umfang des Ringes herum angeordnet, wie aus Fig. 16 ersichtlich ist. Die Lampen 96 beleuchten direkt die reflektierende Oberfläche 94 und das Lampenlicht wird direkt in die Haube 60 hineinreflektiert, um dann durch die Diffusionsschicht 63 hindurchzudringen, von der Reflexionsschicht 61 reflektiert und auf das Objekt 72 reflektiert zu werden, wobei eine direkte Ausleuchtung des Objektes 72 durch die Lampen 96 vermieden wird. Dementsprechend handelt es sich bei dem gesamten das Objekt 72 beleuchtenden Licht um Diffuslicht, das durch Oberfläche 61 reflektiert und durch Schicht 63 zerstreut wird.
Rheostate oder andere, nicht dargestellte Lampensteuerungsmittel, können für die Steuerung der Intensität und der Art des von den Lampen 78 ausgestrahlten Lich tes verwendet werden, wie in bezug auf die obigen Ausführungen beschrieben.
Die Vorrichtung von Fig. 14-16 arbeitet auf eine Art und Weise, die dem oben in bezug auf die Ausführungen von Fig. 11 und 13 Beschriebenen ähnlich ist. Die Lampen 78 werden ausgeleuchtet, wobei Diffuslicht vom Strahlteilerspiegel 74 auf Objekt 72 reflektiert wird. Die nicht dargestellte elektronische Fernsehkamera erzeugt eine Beobachtungsachse zur Betrachtung des Objektes 72, wie durch die punktierten Linien 70 dargestellt. Die Primärbeleuchtung des Objektes 72 resultiert von den Lampen 96, deren Licht in das Glockenteil der Haube 60 hineinreflektiert und das daraus resultierende Diffuslicht das Objekt 72 ausleuchtet. Durch die Steuerung der Intensität der Lampen 78 kann das in das Glockenteil der Haube 60 durch die Öffnung 68 eintretende Licht, wie durch den Spiegel 74 reflektiert, so eingestellt werden, daß das reflektierte Diffuslicht in seiner Intensität und Art im wesentlichen dem durch Schicht 61 reflektierten und durch Schicht 63 zerstreuten Licht gleich ist und daher beleuchtet die Ausleuchtungsvorrichtung von Fig. 14-16 ebenfalls jeden "dunklen Fleck" der Öffnung 68 und vermeidet so eine Dunkelreflexion von dem lichtreflektierenden Objekt 72, die durch die Kamera erkannt und ein falsches und irreführendes Signal in bezug auf die Art der Oberfläche des Objektes 72 erzeugen könnte. Die Ausführung von Fig. 14-16 ist eine kompakte, robuste Ausführung und ist wie geschaffen für viele Anwendungen.
Natürlich könnte die Reflexionshaube 60 auf eine Art und Weise ausgeführt sein, die sich von den oben offengelegten unterscheidet. Beispielsweise könnte das Glockenteil aus gedrehtem oder schleudergegossenem Aluminium ausgebildet sein, das eine innere, lichtzerstreuende, reflektierende Oberfläche aufweist und der rohrförmige Hals könnte aus einem durchscheinenden Material ausgebildet und mechanisch an einem Glockenteil aus Aluminium angebracht sein. Weiterhin kann der Strahlteilerspiegel 74 aus einem halbversilberten Membranhäutchen aus Nitrocellulose oder Kunststoffolie ausgebildet sein, wie beispielsweise "MYLAR", das bei bestimmten Anwendungen vorteilhafte Strahlteilermerkmale aufweist.
Eine weitere Ausführung des Erfindungskonzeptes wird in Fig. 17 dargestellt. In Fig. 17 funktionieren die Kamera 12 und der Lichtprojektor 14 in ähnlicher Weise, wie die zuvor für die anderen Ausführungen des Erfindungskonzeptes zuvor beschriebenen, die zuvor offengelegt wurden. Es wird jedoch die Außerbeobachtungsachsen-Diffuslichthülle oder -haube durch einen Primär-Außerbeobachtungsachsen-Ringbeleuchter 100 ersetzt. Der Ringbeleuchter 100 weist eine Lichtquelle 101 und einen Diffuserring 102 auf. Die Lichtquelle kann ein Glasfaser-Ringbeleuchter, ein LED-Feldbeleuchter oder sogar eine Standardleuchtstoffringlampe sein. Ähnlich wie bei den oben beschriebenen Primär- Diffuslichthüllen oder -hauben weist der Diffuserring 102 ebenfalls ein Beobachtungsfenster auf Bereich 104 auf, das durch die Kamera 12 beobachtet wird. Der Lichtprojektor 14 "füllt das Loch" in der Primär- Diffuslichtquelle, das durch das Beobachtungsfenster 103 erzeugt wird, effektiv mit Diffuslicht, das so eingestellt werden kann, daß es an Intensität und Art im wesentlichen gleich dem von dem Ringbeleuchter zur Verfügung gestellten Licht ist.
Eine weitere Variante des Erfindungskonzeptes wird in Fig. 18 dargestellt. In Fig. 18 nimmt ein Diffusreflektor 110 den Platz des in der in Fig. 17 dargestellten Ausführung verwendeten Diffuserringes ein, wobei der Diffusreflektor von innen durch eine Lichtquelle 113 ausgeleuchtet wird, um eine kompaktere Baugruppe oder Komponenten zu erhalten als dies mit der in Fig. 17 dargestellten Anordnung möglich ist. In der Ausführung von Fig. 18 werden Komponenten, die den zuvor beschriebenen ähnlich sind, durch Striche dargestellt, wobei diese Komponenten auf eine mit der oben beschriebenen identische Art und Weise arbeiten.
In Fig. 18 ist der Diffusreflektor 110 über dem zu beobachtenden Bereich 104' angeordnet, wobei der Diffusreflektor 110 eine Innenschicht 111 aufweist, die durchscheinend und in der Lage ist, durch die Diffusreflektor-Außenschicht 112 reflektiertes Licht zu zerstreuen, was in Form eines Spiegels geschehen kann. Die Bauweise der Schichten 111 und 112 ist so ausgeführt, daß auf die Innenschicht 110 des Diffusreflektors 110 geworfenes Licht von der Außenschicht 112 durch die durchscheinende Schicht 111 reflektiert wird, die das von der Außenschicht 112 reflektierte Licht so zerstreut, daß das nach innen auf den zu beobachtenden Bereich 104' zu reflektierende Licht gleichförmig zerstreut wird, und so einen Primärausleuchtungseffekt bietet, der dem mit der Ausführung von Fig. 17 erzielten ähnlich ist.
Die Konzepte für den Betrieb der Ausführung von Fig. 18 sind identisch mit den zuvor beschriebenen. Die Beobachtungsachse der Kamera ist in Richtung eines zu beobachtenden Bereiches 104' gerichtet, wobei das Ringbeleuchter-Beobachtungsfenster, durch das sich die Beobachtungsachse der Kamera erstreckt, mit Diffuslicht ausgefüllt wird, das von einem Lichtprojektor projiziert wird, um jede Falschablesung zu beseitigen, die andernfalls aufgrund der Reflexion von der Oberfläche des Bereiches von Beobachtungsfenster 103' vorhanden sein könnte.
Der in beiden der in Fig. 17 oder 18 beschriebenen Ausführungen verwendbare Ringbeleuchter weist eine Kreisbahnform und -größe auf, die mit der Betrachtungsgeometrie, der Blendengröße der Betrachtungsoptik und der Größe des zu beobachtenden Bereiches übereinstimmt. Eine Vielfalt an Ringbeleuchtergeometrien wird in Fig. 19-21 dargestellt. Beispielsweise ist die in Fig. 19 dargestellte Geometrie insbesondere geeignet für die Betrachtung von kreisförmigen Bereichen. Die in Fig. 20 dargestellte Geometrie ist für die Betrachtung von quadratischen Bereichen und die in Fig. 21 dargestellte Geometrie ist vorzugsweise für die Be trachtung von rechteckigen Bereichen zu verwenden. Jeder dieser Beleuchter weist ein Auf-Beobachtungsachsen-Beobachtungsfenster 103 auf, durch das eine Auf- Beobachtungsachsen-Lichtquelle projiziert wird, sowie einen Primär-Außerbeobachtungsachsen-Beleuchtungsbereich 105 auf.
Zwei weitere Ausführungen des Erfindungskonzeptes sind in Fig. 22 und 23 dargestellt. Bei beiden Ausführungen werden einfache Ausleuchtungsgeometrien und einzelne Außer-Beobachtungsachsen-Diffuslichtquellen verwendet, um sich den Ausleuchtungsumgebungen anzunähern, die unter Verwendung der Ausführungen der Erfindung erzielt werden, bei denen eine Mehrzahl von Diffuslichtquellen erforderlich ist.
In Fig. 22 erfolgt die Betrachtung des Objektes 10 durch die Kamera 12 entlang der Beobachtungsachse A. Eine im wesentlichen gleichförmige Ausleuchtung des Objektes 10 wird durch eine Kegel- oder Haubenbeleuchtungshülle 120 erzielt, die über dem Objekt 10 angeordnet ist, wie aus Fig. 22 ersichtlich ist. Der Kegel 120 weist eine Innenschicht aus Diffusreflexionsfarbe 121 auf. Die Bauweise ist von solcher Art, daß das auf die Schicht 121 geworfene Licht innerhalb des Kegels 120 diffus nach innen auf das Objekt 10 reflektiert wird.
Ähnlich der in Fig. 14-16 dargestellten Ausführung weist der Kegel 120 eine untere ringförmige Kante 122 auf. Ein ringförmiger Ring 123 ist an das untere Ende des Kegels 120 neben der unteren Kante 122 durch eine Befestigungsvorrichtung angebracht, die aus einer Mehrzahl von Befestigungsmitteln oder jeden anderen geeigneten Mittel, wie beispielsweise Klebstoff oder Ähnlichem bestehen kann. Die querschnittsmäßige Konfiguration des Ringes 123 ist aus Fig. 22 ersichtlich, wobei der Ring eine sich nach innen erstreckende Lippe 125 aufweist, auf der eine ringförmige, reflektierende Oberfläche 126 ausgebildet ist. Die Innenfläche 121 ist in bezug auf die Horizontale winklig angeordnet, wobei das auf die Innenschicht 121 auftreffende Licht diffus innen in den Kegel 120 hineinreflektiert wird. Alternativ kann die Lippe 125 ebenfalls aus einem durchscheinenden Material hergestellt sein, das so bearbeitet ist, daß es eine Dicke aufweist, die bewirkt, daß das hierdurch übertragene diffuse Licht in seiner Intensität gleich dem von der Innenschicht des Kegels reflektierten Licht ist.
Die Lichtquelle für den Kegel 120 besteht aus einer Mehrzahl von Lampen 127, die gleichmäßig beabstandet um den Umfang des Ringes herum angeordnet sind. Die Lampen beleuchten direkt die Innenschicht 121 des Kegels 120 und das Lampenlicht wird durch die Innenschicht direkt reflektiert und auf das Objekt 10 geworfen, um das durch die Kamera 12 zu beobachtende Objekt im wesentlichen gleichförmig zu beleuchten.
Der Kegel weist ein winkliges Beobachtungsfenster oder eine Öffnung 128 auf, die in dem Kegel 120 ausgebildet ist, indem das oberste Teil des Kegels in einer Ebene und in einem Winkel in bezug auf die Beobachtungsachse A abgeschnitten wird, wobei diese Auswahl so erfolgt, daß ein Teil des von der Innenschicht 121 des Kegels 120 reflektierten Licht reflektiert wird. Der Winkel kann vorzugsweise im wesentlichen 45 Grad betragen.
Ein Strahlteilerspiegel 129, der dem zuvor in diesem Dokument beschriebenen Spiegel ähnlich ist, wird an dem winkligen Beobachtungsfenster angebracht. Der Spiegel 129 weist eine Fläche 130 auf, die in Richtung der Kamera 12 angeordnet ist, sowie eine Fläche 131, die in Richtung des Objektes 10 ausgerichtet ist. Die Oberflächen 130 und/oder 131 sind auf herkömmliche Art und Weise mit Silberstreifen versehen oder anders behandelt, wobei der Spiegel 129 sowohl eine reflektierende Oberfläche, als auch eine lichtdurchlässige Oberfläche darstellt, wobei das Licht vom Objekt 10 aus durch den Spiegel 129 zwecks Beobachtung durch die Kamera 12 hindurchgehen kann und der Spiegel 129 ebenfalls das von der Innenschicht 121 des Kegels 120 reflektierte Diffuslicht reflektiert. Somit wird unter Verwendung einer einzelnen Lichtquelle eine im wesentlichen gleichförmige Diffusbeleuchtungsumgebung erzeugt.
In Fig. 23 nimmt ein hintergrundbeleuchteter durchscheinender Zylinder 140 den Platz des Kegels oder der Haube ein, die in der in Fig. 22 dargestellten Ausführung verwendet wird. Der durchscheinende Zylinder kann aus getrübtem oder behandeltem Glas oder aus Kunststoff oder Ähnlichem bestehen, wobei das dort hin durchgehende Licht gleichförmig zerstreut wird. Der Zylinder weist eine Innenfläche 141 auf, die auf das Objekt ausgerichtet ist, und ein winkliges Beobachtungsfenster oder Öffnung 142, die im Zylinder durch das Abschneiden des Oberteils des Zylinders in einer Ebene in einem bestimmten Winkel in bezug auf die Beobachtungsachse A ausgebildet wird, die so ausgewählt ist, daß ein Teil des diffus durch den hintergrundbeleuchteten Zylinder übertragenen Lichtes reflektiert wird.
Der Zylinder 140 wird von außen durch eine Mehrzahl von Lampen 143 ausgeleuchtet, die Licht auf die Außenoberfläche 144 wirft. Dieses Licht wird durch das Zylindermaterial zerstreut und von der Innenoberfläche 141 auf das Objekt 10 ausgestrahlt, um das von der Kamera 12 zu beobachtende Objekt 10 im wesentlichen gleichförmig zu beleuchten.
Es ist ersichtlich, daß die Konzepte der Erfindung die Verwirklichung einer kontinuierlichen Ausleuchtungsquelle für Kameras für maschinelles Sehen wirklich ermöglichen, und daß die Erfindung eine genaue Betrachtung und Auswertung des beobachteten Objektes ohne fehlerproduzierende Schatten oder Reflexionen ermöglicht.
Es ist ersichtlich, daß verschiedene Änderungen an den Konzepten der Erfindung für Fachleute offensichtlich sind, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung zur gleichmäßigen Ausleuchtung eines Objektes (10, 72) mit diffusem Licht, wenn es entlang einer Beobachtungsachse beobachtet wird, die durch eine Stelle zur Beobachtung des Objektes verläuft, wobei die Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch:

eine Fläche zum Liefern diffusen Lichts mit einer Öffnung (20, 48, 50, 52, 68, 103), durch die die Beobachtungsachse (A, 70) verläuft, wobei die Fläche angeordnet ist, um diffuses Primärlicht von einer geeignet angeordneten Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) zuzuführen, um die diffuse, bis auf einen von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes (10, 72) gleichmäßige Ausleuchtung des Objektes (10, 72) zu schaffen, wenn das Objekt an der Stelle zur Beobachtung angeordnet ist und entlang der Beobachtungsachse gesehen wird;

eine Sekundärlichtquelle (34, 78) zur Erzeugung diffusen Sekundärlichts, um den von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes auszuleuchten; und

einen Strahlteiler (14, 74, 129), der entlang der Beobachtungsachse (A, 70) angeordnet ist, um diffuses Sekundärlicht von der Sekundärlichtquelle (34, 78) entlang der Beobachtungsachse (A, 70) zur gleichmäßigen Ausleuchtung des von der Öffnung bewirkten Abschnitts des Objektes (10, 72) zu lenken, um, wenn die Primärlichtquelle die Fläche beleuchtet, die diffuse gleichmäßige Beleuchtung des Objektes (10, 72) zu erzeugen, wenn es entlang der Beobachtungsachse (A, 70) gesehen wird.

2. Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein oder mehrere der folgenden Merkmale:

a) die Oberfläche ist ein erster Lichtdiffuser, und die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) kooperiert mit dem ersten Lichtdiffuser, um das Objekt (10, 72) bis auf einen von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes (10, 72), wenn es entlang der Beobachtungsachse gesehen wird, mit dem diffusen Primärlicht gleichmäßig auszuleuchten;

b) ein Sekundärlichtdiffuser (32) ist zwischen dem Strahlteiler (14, 74, 129) und der Sekundärlichtquelle (34, 78) angeordnet, um das diffuse Sekundärlicht zu dem Strahlteiler (14, 74, 129) zu schaffen;

c) ein Befestigungsmechanismus ist des weiteren für die Befestigung der Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung an eine Beobachtungsvorrichtung derart vorgesehen, daß die Beobachtungsvorrichtung angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das von dem Objekt entlang der Beobachtungsachse (A, 70) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird;

d) die Beobachtungsvorrichtung ist entweder eine Kamera (12) zum maschinellen Sehen, eine Filmkamera oder ein menschlicher Beobachter;

e) der Strahlteiler (14, 74, 129) ist entweder ein gebogener Strahlteiler (26) oder ein ebener Strahlteiler (26, 74, 129); und

f) ein Lichtabsorptionsglied (38, 78) ist von der Sekundärlichtquelle (34, 78) entfernt angeordnet, um nicht reflektiertes diffuses Sekundärlicht von der Sekundärlichtquelle (34, 78) zu absorbieren, das durch den Strahlteiler (14, 74, 129) tritt.

3. Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch ein oder mehrere der folgen den Merkmale:

a) eine Einrichtung (40) ist des weiteren zum Kontrollieren der Ausleuchtungscharakteristika von zumindest entweder der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) oder der Sekundärlichtquelle (34, 78) vorgesehen, wodurch diffuses Licht von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143), das von dem Objekt (10, 72) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird, in der Intensität und dem Charakter im wesentlichen identisch zu dem diffusen Licht von der Sekundärlichtquelle (34, 78) sein wird, das von dem Objekt (10, 72) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird, so daß eine gleichförmige Ausleuchtung des Objektes (10, 72) ermöglicht wird, wenn es entlang der Beobachtungsachse gesehen wird; und

b) die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) und die Sekundärlichtquelle (34, 78) weisen jeweils eine Lichtquelle auf, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine Lampe, eine Vielzahl von Dioden, eine optische Faser, ein Feld von lichtemittierenden Dioden und ein Fluoreszenzlicht aufweist.

4. Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch ein oder mehrere der folgenden Merkmale:

a) der Lichtdiffuser weist eine durchscheinende Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) auf, die zumindest teilweise das Objekt (10, 72) umgibt, wobei die durchscheinende Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) eine äußere und innere Oberfläche aufweist, und die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) unmittelbar die äußere Oberfläche der durchscheinenden Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) ausleuchtet, wodurch wäh rend der Benutzung diffuses Licht von der inneren Oberfläche der durchscheinenden Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) in Richtung des Objektes (10, 72) abgestrahlt wird;

b) der Lichtdiffuser weist eine Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) mit einer Oberfläche auf, die eine reflektierende Substanz (44, 121) enthält, und die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) ist angeordnet, um die reflektierende Substanz (44, 121) an der Oberfläche der Hülle auszuleuchten, wodurch Licht von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) durch die reflektierende Substanz in Richtung des Objektes (10, 72) reflektiert wird; und

c) die Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) weist einen ringförmigen Rand (62) auf, der von der Öffnung (20, 48, 50, 52, 68, 103) entfernt liegt, wobei der ringförmige Rand (62) einen ringförmigen undurchlässigen Schirm trägt, und die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) ist peripher um den ringförmigen Rand (62) angeordnet, wobei der ringförmige undurchlässige Schirm zwischen der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) und dem Objekt (10, 72) angeordnet ist, um zu verhindern, daß das Licht, das von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) erzeugt wird, das Objekt (10, 72) unmittelbar ausleuchtet.

5. Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche oder der erste Lichtdiffuser eine Vielzahl von Öffnungen (48, 50, 52) mit einer Beobachtungsachse (A', A", A''') hat, die jeweils durch die Öffnung (48, 50, 52) verläuft; und gekennzeichnet durch

eine Vielzahl sekundärer Lichtquellen (34, 78) zur Erzeu gung diffusen Sekundärlichts, und

eine Vielzahl von Strahlteilern (26, 74, 129), wobei ein Strahlteiler der Vielzahl von Strahlteilern (26, 74, 129) zu je einer Öffnung der Vielzahl von Öffnungen (48, 50, 52) gehört, um diffuses Sekundärlicht von einer Sekundärlichtquelle der Vielzahl von Sekundärlichtquellen (34, 78) entlang einer der Beobachtungsachsen (A', A", A''') zu lenken.

6. Verfahren zum gleichmäßigen Ausleuchten eines Objektes (10, 72) mit diffusem Licht von einer Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung, wenn es entlang einer Beobachtungsachse beobachtet wird, die durch eine Stelle zur Beobachtung des Objektes verläuft, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

Schaffen einer Öffnung (20, 48, 50, 52, 68, 103), durch die die Beobachtungsachse (A, 70) verläuft, in einer Oberfläche, um Licht einem Objekt zuzuführen;

geeignetes Anordnen einer Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) bezüglich der Oberfläche, um diffuses Primärlicht zu liefern, und um die diffuse, bis auf einen von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes (10, 72) gleichmäßige Ausleuchtung des Objektes (10, 72) zu schaffen, wenn das Objekt an der Stelle zur Beobachtung angeordnet ist und entlang der Beobachtungsachse gesehen wird,

zur Verfügungstellen einer Sekundärlichtquelle (34, 78), um diffuses Sekundärlicht zu liefern, um den von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes auszuleuchten; und

Lenken des diffusen Sekundärlichts über einen Strahlteiler (14, 74, 129) von der Sekundärlichtquelle (34, 78) entlang der Beobachtungsachse (A, 70), um den von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes (10, 72) gleichmäßig auszuleuchten, um, wenn die Primärlichtquelle die Oberfläche ausleuchtet, die diffuse gleichmäßige Ausleuchtung des Objektes (10, 72) zu erzeugen, wenn es entlang der Beobachtungsachse (A, 70) gesehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, des weiteren gekennzeichnet durch einen oder mehrere der folgenden Schritte:

a) Verwenden eines ersten Lichtdiffusers als die Oberfläche, und Kooperieren der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) mit dem ersten Lichtdiffuser, um das Objekt bis auf einen von der Öffnung bewirkten Abschnitt des Objektes (10, 72) mit dem diffusen Licht gleichmäßig auszuleuchten, wenn es entlang der Beobachtungsachse gesehen wird;

b) Anordnen eines zweiten Lichtdiffusers (32) zwischen dem Strahlteiler (14, 74, 129) und der Sekundärlichtquelle (34, 78), um das diffuse Sekundärlicht zu dem Strahlteiler (14, 74, 129) zu schaffen;

c) zur Verfügungstellen einer Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Diffusionsbeleuchtungsvorrichtung an eine Beobachtungsvorrichtung, derart, daß die Beobachtungsvorrichtung angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das von dem Objekt entlang der Beobachtungsachse (A, 70) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird;

d) Verwenden von entweder einer Kamera (12) zum maschinellen Sehen, einer Filmkamera oder eines menschlichen Beobachters als die Beobachtungsvorrichtung;

e) Verwenden entweder eines gebogenen Strahlteilers (26) oder eines ebenen Strahlteilers (26, 74, 129) als den Strahlteiler (14, 26, 74, 129); und

f) Anordnen eines Lichtabsorptionsglieds (38, 78) entfernt von der Sekundärlichtquelle (34, 78), um nicht reflektiertes diffuses Sekundärlicht zu absorbieren, das unmittelbar durch den Strahlteiler (14, 74, 129) tritt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, des weiteren gekennzeichnet durch einen oder mehrere der folgenden Schritte:

a) Kontrollieren der Ausleuchtcharakteristika von zumindest entweder der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) oder der Sekundärlichtquelle (34, 78) über eine Ausleuchtungskontrolleinrichtung (40), wodurch diffuses Licht von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143), das von dem Objekt (10, 72) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird, in der Intensität und dem Charakter im wesentlichen identisch zu diffusem Licht von der Sekundärlichtquelle (34, 78) sein wird, das von dem Objekt (10, 72) in Richtung des Strahlteilers (14, 74, 129) reflektiert wird, so daß die gleichförmige diffuse Ausleuchtung des Objektes (10, 72), wenn es entlang der Beobachtungsachse gesehen wird, ermöglicht wird; und

b) Verwenden entweder einer Lampe, einer Vielzahl von Dioden, einer optischen Faser, eines Felds von lichtemittierenden Dioden oder eines Fluoreszenzlichts als die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) und als die Sekundärlichtquelle (34, 78).

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, des weiteren gekennzeichnet durch einen oder mehrerer der folgenden Schritte:

a) Einsetzen einer durchscheinenden Hülle (16, 42, 60), 102, 120, 140), die zumindest teilweise das Objekt (10, 72) umgibt, als den Lichtdiffuser, wobei die durchscheinende Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) eine innere und äußere Oberfläche aufweist, wobei die Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) unmittelbar die äußere Oberfläche der durchscheinenden Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) ausleuchtet, um dadurch diffuses Licht über die innere Oberfläche der durchscheinenden Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) in Richtung des Objektes (10, 72) auszustrahlen;

b) Verwenden einer Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) mit einer Oberfläche, die eine reflektierende Substanz (44, 121) enthält, als dem Lichtdiffuser, und Anordnen der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143), um die reflektierende Substanz (44, 121) derart auszuleuchten, daß diffuses Primärlicht von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) in Richtung des Objektes (10, 72) durch die reflektierende Substanz reflektiert wird; und

c) Verwenden einer Hülle (16, 42, 60, 102, 120, 140) mit einem ringförmigen Rand (62), der entfernt von der Öffnung (20, 48, 50, 52, 68, 103) liegt, wobei der ringförmige Rand (62) einen ringförmigen undurchlässigen Schirm abstützt, und Anordnen der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) peripher um den ringförmigen Rand (62), wobei der ringförmige undurchlässige Schirm zwischen der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) und dem Objekt (10, 72) angeordnet ist, um das Licht, das von der Primärlichtquelle (22, 54, 96, 101, 113, 127, 143) erzeugt wird, daran zu hindern, das Objekt (10, 72) unmittelbar auszuleuchten.

10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, des weiteren gekennzeichnet durch Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen (48, 50, 52) in der Oberfläche oder dem ersten Lichtdiffuser, wobei eine Beobachtungsachse (A', A", A''') jeweils durch die Öffnung (48, 50, 52) verläuft;

zur Verfügungstellen einer Vielzahl von Sekundärlichtquellen (34, 78) zum Erzeugen diffusen Sekundärlichts; und

zur Verfügungstellen einer Vielzahl von Strahlteilern (26, 74, 129), wobei ein Strahlteiler der Vielzahl von Strahlteilern (26, 74, 129) zu jeweils einer Öffnung der Vielzahl von Öffnungen (48, 50, 52) gehört, um diffuses Sekundärlicht von einer der Vielzahl von Sekundärlichtquellen (34, 78) entlang einer der Beobachtungsachsen (A', A", A''') zu lenken.