JP2015536455A - 材料の表面を照明する装置 - Google Patents

Abstract

較正光（１０５）を用いて材料（１０３）の表面を照明する照明装置（１０１）と、前記較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面から放射された測定光（１０９）を記録する記録装置（１０７）と、前記材料（１０３）の表面のスペクトル・レミッション挙動を特徴付ける前記測定光（１０９）のスペクトル特性を記録する処理装置（１１１）を含み、前記照明装置（１０１）は、前記測定光（１０９）のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有し、前記材料（１０３）の表面を照明する照明光（１１３）を生成する、材料の表面を照明する装置。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物の光学的検出のため、工作物等の対象物を照明する分野に関する。

最新の製造設備では、工作物、製品などの対象物の光学的記録や検出が必要となることが多い。この目的のため、対象物の表面が、一般的には白色光で照明され、対象物の表面から反射された光が、対象物の画像を取得するために光学的に記録され、それが任意選択的に処理される。

しかしながら、対象物の光学的記録および分析は、干渉光によって、例えばホール照明などの周囲光によって、または散乱光によって妨害されることがある。

このため、特に製造設備では、対象物の光学的記録への干渉光の影響を低減する必要がある。

この目的のため、対象物の照明強度を増大させることは可能である。しかしながら、隣接する光学的記録作業を妨げかねない更なる干渉光の生成を引き起こすことがある。また、干渉光の影響を低減するため、対象物の均質な照明を得るために、干渉光を光学的に記録し、対象物の照明強度を干渉光のスペクトル領域において低減している。しかしながら、特に干渉光のスペクトル強度パターンが時間的に変動する人工照明の場合には問題がある。

したがって、本発明の目的は、干渉光の影響を低減できる材料の表面の照明のための効率的な概念を作り出すことである。

この目的は、独立請求項の特徴によって解決される。有利な変形例は、詳細な説明、図面、並びに従属請求項の主題である。

本発明は、上記目的が材料の表面、例えば工作物の表面の照明に使用される照明光の適合によって解決できるという発見に基づいている。

この目的のため、材料の表面が少なくとも２回照明され、最初の照明プロセスでは、材料の表面のスペクトル放射挙動が記録される。材料の表面の測定光によって特徴づけられる材料の表面のスペクトル放射挙動が、照明光のスペクトル特性、特に色温度を測定光に適応させるために用いられる。

このようにして、材料の表面を照明するのに使用される照明光のスペクトルまたは色組成が、材料の表面の光学特性に適応する。材料の表面が、例えば第２のスペクトル領域よりも第１のスペクトル領域の反射光の強力な強度によって特徴づけられる場合、第１のスペクトル領域の照明光の強度は、第２のスペクトル領域の照明光の強度よりも高いものであり得る。このようにして、材料の表面は、より強力な応答強度が予想されるはずの部位にはより大きな強度でスペクトル照明される。他方、材料の表面が特定の波長の光を吸収する場合には、例えば、この波長では材料の表面を照明しないで済ませることが可能である。
これによって、材料表面のエネルギー高効率化が得られる。

一態様によれば、本発明は材料の表面を照明する装置に関し、この装置は、較正光を用いて材料の表面を照明する照明装置と、前記較正光に応じて前記材料の表面から放射された測定光を記録する記録装置と、前記材料の表面のスペクトル・レミッション挙動を特徴付ける前記測定光のスペクトル特性を記録する処理装置を含み、前記照明装置は、前記測定光のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有し、前記材料の表面を照明する照明光を生成する。

実施の形態によれば、前記測定光は、前記較正光に応じて前記材料の表面で反射した光、または前記較正光に応じて前記材料の表面から再放射された光、または前記較正光に応じて前記材料の表面から放射された光である。

実施の形態によれば、前記測定光のスペクトル特性は、色空間に従った前記測定光の色スペクトル、前記測定光の波長スペクトル、または前記測定光の周波数スペクトルである。

実施の形態によれば、前記照明装置は、許容差範囲、例えば１％、５％、または１０％以内で前記測定光のスペクトル特性と対応する、特に前記スペクトル特性と等しいスペクトル特性で前記照明光を生成するように構成される。

実施の形態によれば、前記処理装置は、前記測定光のスペクトル特性に関する表示を前記照明装置に伝達するように構成される。結果として、照明装置は、例えば所望の照明光を生成するように制御できる。

実施の形態によれば、前記処理装置は、前記スペクトル特性に依存して、特に前記測定光のスペクトル特性に従って、前記照明光のスペクトル特性を調整するように前記照明装置を制御するように構成される。

実施の形態によれば、前記照明装置は、異なる波長または異なる色の光を放射する複数の照明素子を含む。

実施の形態によれば、前記照明装置は、照明光のスペクトル特性を調整するために、所定の強度の光を放射するように前記複数の照明素子の少なくとも１つ、特に各照明素子を制御するように構成される。

実施の形態によれば、前記処理装置は、前記測定光に基づいて前記材料の表面の特性を記録するように構成される。

実施の形態によれば、前記記録装置は、前記測定光を記録する光センサを含む。

実施の形態によれば、前記照明装置は、実際の照明光を記録する光センサを含み、前記処理装置は、実際の照明光のスペクトル特性と所望の照明光のスペクトル特性との差異を記録し、前記差異に基づいて前記照明装置を制御するように構成される。結果として、照明光は自動制御で調整できる。

実施の形態によれば、前記記録装置は、照明光に応じて前記材料の表面から放射された画像光を記録するように構成される。

実施の形態によれば、前記処理装置は、前記画像光を試験画像に、特にデジタル試験画像に変換するように構成される。

他の態様によれば、本発明は、較正光によって材料の表面を照明し、前記材料の表面のスペクトル・レミッション挙動を特徴付ける較正光に応じて前記材料の表面から放射された測定光を記録し、前記測定光のスペクトル特性を記録し、前記測定光のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有する照明光によって前記材料の表面を照明する、材料の表面を照明する方法に関する。

以下、図面を参照して実施の形態を更に説明する。

図１は、材料の表面を照明する装置のブロック図である。

図１は、較正光１０５を用いて材料１０３の表面を照明する照明装置１０１と、較正光１０５に応じて材料１０３の表面から放射した測定光１０９を記録する記録装置１０７を有する、材料１０３の表面を照明する装置のブロック図を示している。測定光は、例えば材料１０３の表面で反射する光、または材料１０３の表面から放射または再放射した光である。

また、処理装置１１１が設けられ、該処理装置は、測定光１０９のスペクトル特性、例えば色組成または波長パターンを記録するように構成されている。測定光１０９のスペクトル特性は、特に材料の表面のスペクトル・レミッション挙動（spectral reemission behavior）を特徴付けている。測定光は、例えば反射光、再放射光、または放射光である。

照明装置１０１は、材料の表面に照明される照明光１１３を生成するように構成され、該照明光は、測定光のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有している。

したがって、照明プロセスは２段階のプロセスである。第１のステップでは、照明装置１０１が測定光１０５を生成する。測定光１０５のスペクトル特性の記録後、材料１０３の表面が照明光１１３で照明され、該照明光のスペクトルが、例えば許容差、例えば５％または１０％内で測定光のスペクトルに対応する。したがって、測定光１０５が初めに生成される。照明光１１３は、時間的に測定光１０５の生成後に生成される。

照明装置１０１は複数の照明素子１１５を含み、該照明素子は較正光および／または照明光を放射するために設けられる。照明素子１１５は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、発光ダイオードの各々は、例えば赤色、緑色、黄色、または別の波長の光を放射する。個々の照明素子１１５に通電することによって照明光の所定の色組成またはスペクトル特性を生成することができる。

光学部品１１７、例えばレンズは任意選択的に使用され、放射光を集束するために照明素子１１５の下流側にて接続される。

照明素子１１５の駆動については、駆動部１１９の一例としてＬＥＤ駆動部が設けられ、該駆動部は照明素子１１５の上流側に接続される。

実施の形態によれば、駆動部１１９は照明装置１０１の一構成要素である。別の実施の形態によれば、駆動部１１９は処理装置１１１の一構成要素である。

照明装置１０１はセンサ１２１を含み、該センサは任意選択的に光学部品１１７の後に設けられ、特に照明光として照明素子１１５によって生成された光を記録し、照明装置１０１の制御システムの自動制御のため、対応する測定信号が処理装置１１１に印加される。

照明装置１０１は、照明素子１１５によって、材料の表面に対するシステムの較正のための較正光１０５と、材料の表面のスペクトル光挙動を特徴付ける照明光１１３を、材料の表面に向けて放射するために設けられている。

較正光または照明光に応じて材料１０３の表面から放射、または表面で反射した光が記録装置１０７に記録される。このため、記録装置１０７は光センサ１２３を含み、該センサが材料１０３の表面から放射した光１０９を光学的に記録する。光センサ１２３の出力信号が制御部１２５に印加される。

実施の形態によれば、制御部１２５は記録装置１０７の一構成要素である。別の実施の形態によれば、制御部１２５は処理装置１１１の一構成要素である。

制御部１２５がインターフェース１２７を含み、該インターフェースがデジタルであり、例えばＩ２Ｃ、ＳＰＩ、ＵＳＢとして、または類似のインターフェースとして構成されてもよい。

インターフェース１２７が、例えばアナログ／デジタル変換器を含んでもよい。光センサ１２３が記録された光をアナログ測定信号に変換する場合に有利である。光センサ１２３が、記録された光をデジタル信号に変換するために設置される場合、インターフェース１２７は、例えばＩ２Ｃ、ＳＰＩ、またはＵＳＢインターフェースであってもよい。

インターフェース１２７の下流側には信号処理装置１２９が配置され、該装置が、例えばインターフェース１２７の出力信号のフィルタリングを実行する。このフィルタリングによって、例えば信号が平滑化される。信号の平滑化は記録または測定された光の周波数つまり波長に依存する。

また、制御部１２５が任意選択的な較正装置１３０を含み、該較正装置が信号処理装置１２９から処理済の信号データを受け取ってデータを較正するために設置される。信号データが、例えば色空間に従って色値に関して較正されてもよい。

実施の形態によれば、較正装置１３０の出力データが、処理装置１１１、特に処理装置１１１の自動制御装置１３１に印加されてもよい。

実施の形態によれば、較正装置１３０の出力データが、任意選択的な判定装置１３３に印加されてもよい。

実施の形態によれば、判定装置１３３が、例えば材料表面を有する被照明物の輪郭を検出するために、例えば縁部検出をデジタル画像において実行してもよい。

実施の形態によれば、判定装置１３３は、較正光または照明光に応じて材料１０３の表面から放射されて記録される光のスペクトル特性を実際の色値と関連付けることができ、該色値は、測定光のスペクトル特性だけでなく、使用される照明光のスペクトル特性も特定することができる。このように、照明装置１０１は所望の照明光を生成するように自動制御することができる。

処理装置１１１は、制御部１３７、例えばＬＥＤ制御部を含み、照明信号を生成するために、該制御部が所望の照明光の所望の色値に従って駆動部１１９を制御する。測定光のスペクトル特性または所望の色値に基づいて照明光のスペクトル特性を得るために、制御部１３７は、例えば個々に色に関連した照明素子１１１５を制御するために構成されてもよい。

例えば所望の照明信号と実際の照明信号との差、特にスペクトル差を低減することができるように、所望の照明信号と実際の照明信号との偏差の場合には照明素子１１１５を調整するために任意選択的に自動制御装置１３１が設置されてもよい。

処理装置１１１は、実際の照明信号を表す測定信号をセンサ１２１から取得するように構成することができる。センサ１２１は、可視光をアナログまたはデジタル測定信号に変換する光センサであってもよい。処理装置１１１は、測定信号をセンサ１２１から受け取るインターフェース１３９を含むことができ、該インターフェースはデジタルであり、例えばＩ２Ｃ、ＳＰＩ、ＵＳＢ、または類似のインターフェースとして構成されてもよい。

インターフェース１３９はＩ２Ｃ、ＳＢＩ、またはＵＳＢインターフェースであり、例えばアナログ／デジタル変換器を含んでもよい。インターフェース１３９の下流側には任意選択的な信号処理装置１４１が接続され、該装置は、制御部１２５の信号処理装置１２９の機能を有してもよい。信号処理装置１２９によって、例えば、測定された光の周波数に基づいて、例えば、信号平滑化を実行してもよい。

色値に関して信号処理された信号データの補正を実行する任意選択的な較正装置１４３が、信号処理装置１４１の下流側に接続される。較正装置１４３は較正装置１３０の機能を有することができる。較正装置１４３は、特に実際の照明信号のスペクトル特性を特徴付ける実際の色値を自動制御装置１３１に加えるために設置される。自動制御装置１３１は、照明素子１１５を駆動する駆動部１１９を制御するため、例えば実際の色値と所望の色値との偏差を判定し、これに基づいて制御部１３７のための起動変数を発生するように構成されている。

実施の形態によれば、制御部１３７、インターフェース１３９、信号処理装置１４１、較正装置１４３、並びに自動制御装置１３１は、マイクロコントローラを使って実行することが可能である。

１０１ 照明装置
１０３ 対象物の表面
１０５ 較正光
１０７ 記録装置
１０９ 測定光
１１１ 処理装置
１１３ 照明光
１１５ 照明素子
１１７ 光学部品
１１９ 駆動部
１２１ 光学センサ
１２３ 光学センサ
１２５ 制御部
１２７ インターフェース
１２９ 信号処理装置
１３０ 較正装置
１３１ 自動制御装置
１３３ 決定装置
１３５ 表示部
１３７ 制御部
１３９ インターフェース
１１１５ 照明素子
１４１ 信号処理装置
１４３ 較正装置

Claims (15)

1. 較正光（１０５）を用いて材料（１０３）の表面を照明する照明装置（１０１）と、
   前記較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面から放射された測定光（１０９）を記録する記録装置（１０７）と、
   前記材料（１０３）の表面のスペクトル・レミッション挙動を特徴付ける前記測定光（１０９）のスペクトル特性を記録する処理装置（１１１）を含み、
   前記照明装置（１０１）は、前記測定光（１０９）のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有し、前記材料（１０３）の表面を照明する照明光（１１３）を生成する、材料の表面を照明する装置。
2. 前記測定光（１０９）は、前記較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面で反射した光、または前記較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面から再放射された光、または前記較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面から放射された光であることを特徴とする、請求項１に記載の材料の表面を照明する装置。
3. 前記測定光（１０９）のスペクトル特性は、色空間に従った前記測定光（１０９）の色スペクトル、前記測定光（１０９）の波長スペクトル、または前記測定光（１０９）の周波数スペクトルである、請求項１または２に記載の材料の表面を照明する装置。
4. 前記照明装置（１０１）は、許容差範囲以内で前記測定光（１０９）のスペクトル特性と対応する、特に前記スペクトル特性と等しいスペクトル特性で前記照明光（１１３）を生成するように構成される、請求項１〜３の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
5. 前記処理装置（１１１）は、前記測定光（１０９）のスペクトル特性に関する表示を前記照明装置（１０１）に伝達するように構成される、請求項１〜４の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
6. 前記処理装置（１１１）は、前記スペクトル特性に依存して、特に前記測定光（１０９）のスペクトル特性に従って、前記照明光（１１３）のスペクトル特性を調整するように前記照明装置（１０１）を制御するように構成される、請求項１〜５の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
7. 前記照明装置（１０１）は、異なる波長または異なる色の光を放射する複数の照明素子（１１５）を含む、請求項１〜６の何れか記載の材料の表面を照明する装置。
8. 前記照明素子（１１５）は発光ダイオードである、請求項７に記載の材料の表面を照明する装置。
9. 前記照明装置（１０１）は、照明光のスペクトル特性を調整するために、所定の強度の光を放射するように前記複数の照明素子の少なくとも１つ、特に各照明素子を制御するように構成される、請求項７または８に記載の材料の表面を照明する装置。
10. 前記処理装置は、前記測定光（１０９）に基づいて前記材料（１０３）の表面の特性を記録するように構成される、請求項１〜９の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
11. 前記記録装置（１０７）は、前記測定光（１０９）を記録する光センサ（１２３）を含む、請求項１〜１０の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
12. 前記照明装置（１０１）は、実際の照明光を記録する光センサ（１２１）を含み、前記処理装置（１１１）は、実際の照明光のスペクトル特性と所望の照明光のスペクトル特性との差異を記録し、前記差異に基づいて前記照明装置（１０１）を制御するように構成される、請求項１〜１１の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
13. 前記記録装置（１０７）は、照明光に応じて前記材料（１０３）の表面から放射された画像光を記録するように構成される、請求項１〜１２の何れか一つに記載の材料の表面を照明する装置。
14. 前記処理装置（１１１）は、前記画像光を試験画像に、特にデジタル試験画像に変換するように構成される、請求項１３に記載の材料の表面を照明する装置。
15. 較正光（１０５）によって材料（１０３）の表面を照明し、
    前記材料（１０３）の表面のスペクトル・レミッション挙動を特徴付ける較正光（１０５）に応じて前記材料（１０３）の表面から放射された測定光（１０９）を記録し、
    前記測定光（１０９）のスペクトル特性を記録し、
    前記測定光（１０９）のスペクトル特性に対応するスペクトル特性を有する照明光（１１３）によって前記材料（１０３）の表面を照明する、材料の表面を照明する方法。
    

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