WO2007131257A1 - Anordnung und vorsatz zur prüfung von gegenständen - Google Patents

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WO2007131257A1
WO2007131257A1 PCT/AT2007/000237 AT2007000237W WO2007131257A1 WO 2007131257 A1 WO2007131257 A1 WO 2007131257A1 AT 2007000237 W AT2007000237 W AT 2007000237W WO 2007131257 A1 WO2007131257 A1 WO 2007131257A1
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WO
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mirror surfaces
camera
detection position
central
plane
Prior art date
Application number
PCT/AT2007/000237
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Panner
Petra Tatzer
Original Assignee
Profactor Research And Solutions Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to claim 1 and an optical attachment according to claim 17.
  • the invention is particularly in the field of quality control or the
  • brackets or pads for the device under test are required in both devices, which complicate an all-round image acquisition.
  • the object of the invention is therefore to provide a device with which a test object can be viewed easily and quickly on all sides. This object is achieved by the features of claim 1 according to the invention. As a result, it is permitted that the specimen can be detected over the entire area with only one image acquisition.
  • the surface of the mostly cylindrically shaped test object can be viewed or recorded simultaneously from all positions or angles with only one camera.
  • the attachment according to the invention can be plugged onto commercial cameras and optics and allows the complete Rundumbeitrachtung of lateral surfaces of cylindrical parts without limiting the ratio of length to diameter.
  • the specimens can also be checked in "free flight", since there is no support surface and therefore no hidden spots. It can be an integrated, full-surface illumination of the specimen done by a lighting from above and / or below or a flat lighting.
  • the recording can be triggered with an integrated trigger light barrier. In Combination with a line scan camera allows a surface inspection of continuous material (wires, tubes, etc.).
  • Fig. 1 shows an arrangement with a camera and an optical attachment with flat illumination.
  • Fig. 2 shows an arrangement according to FIG. 1 with a differently designed
  • Fig. 3 shows an arrangement with a camera and an optical attachment with coaxially arranged lighting elements.
  • FIG. 4 shows an arrangement according to FIG. 3 with a differently designed hollow guide.
  • Fig. 5 shows schematically the courses of the beam paths.
  • Fig. 6 shows a possible embodiment of an annular
  • Fig. 1 and Fig. 2 show embodiments of an inventive arrangement
  • the camera 2 is preferably designed as a surface camera or corresponds to a detector or an image acquisition unit.
  • the term camera 2 is understood to mean the actual detection unit, in particular the chip.
  • the camera 2 is connected via a connecting element or a connector 26 with the attachment 3. Through the camera opening 27 in the attachment 3, light can enter the camera 2.
  • the intent 3 is designed as a spatial construction with hexagonal base, wherein the housing is closed or has closed surfaces and od of opaque material, such as plastic, aluminum. Like. Exist. Alternatively, the attachment can also be made of translucent, transparent material. Alternatively, the header 3 may be formed in a spar construction, wherein the surfaces between the bars can remain free.
  • the detection position 9 for receiving the test objects 19 in the form of a central hollow guide 9 is formed, which passes through the entire thickness of the attachment 3.
  • the central center axis 13 of this hollow guide 9 is substantially perpendicular to the plane of the hexagonal base surfaces of the attachment 3.
  • the hollow guide 9 is formed of translucent material and can, as shown in Fig. 1, be formed of a translucent cuboid jacket or, as in Fig. 2, of a translucent cylinder jacket.
  • the hollow guide 9 is preferably attached to the inside of the housing. It would also be possible that no guidance is provided, but that the test object 19 passes through the detection range of the camera 2 freely and without guidance fails or pushed.
  • a mirror construction which consists of a special arrangement of six mirror surfaces, two upper mirror surfaces 5a,
  • Mirror surfaces 4a, 4b exists.
  • the central mirror surfaces 4a and 4b are parts of a prism 4 and represent the upper side surfaces of the prism 4.
  • individual freestanding central mirror surfaces 4a and 4b may be formed.
  • the mirror construction may be formed so that the central mirror surfaces
  • the mirror surfaces 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b are arranged at predetermined angles to one another, so that the test object 19 arranged in the hollow guide 9 can be detected from all sides.
  • An example of the paths of the optical paths is shown in Fig. 5 and will be discussed in detail later.
  • the arrangement 1 or the intent 3 is symmetrical with respect to a median plane
  • This center plane 14 extends through the upper edge of the prism 4 and through the camera 2.
  • the median plane 14 is perpendicular to the plane defined by the mirror surfaces 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b or to the hexagonal bases of the Intent 3 aligned.
  • the center axis 13 of the hollow guide 9 extends in the center plane 14 and is aligned perpendicular to the plane defined by the mirror surfaces 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b or plane.
  • the mirror surfaces 4a, 5a, 6a are arranged, on the other side of the median plane 14, the mirror surfaces 4b, 5b, 6b.
  • the upper mirror surfaces 5a, 5b, the lower mirror surfaces 6a, 6b and the middle mirror surfaces 4a, 4b are each at the same distance to the detection position 9 and
  • the lighting devices in FIGS. 1 and 2 are in the form of flat luminous elements, in particular as luminous plates illuminated with diodes, and distribute a diffuse illumination in the interior of the attachment 3.
  • the three lighting devices 7 provided in FIGS. 1 and 2 are fastened to the inside of the circumferential surface of the attachment 3, and indeed the three lighting devices 7 are positioned offset from each other by 90 °.
  • the lighting devices 7 are arranged between the mirror surfaces 5 a, 5 b, 6 a, 6 b and their light can fall freely on the test object 19.
  • a further illumination device 8 is provided, which is arranged in FIG. 1 and FIG. 2 directly below the mirror surfaces 4 a, 4 b on the third side surface of the prism 4. This illuminates the test object 19 from above.
  • Figs. 3 and 4 show a substantially similar construction. However, in Figs. 3 and 4 different lighting devices are formed. These are arranged coaxially around the central center axis 13 of the hollow guide 9 and are formed as annular lighting rings 10. These lighting rings 10 are attached to both sides of the inner sides of the hexagonal base surfaces of the attachment 3 and emit light into the interior of the attachment 3 and the hollow guide 9. Also in this way there is a full-surface illumination of the test object 19th
  • a scheme of the beam paths is described.
  • the test object 19 is arranged, which is located in the interior of the hollow guide 9.
  • the test object 19 in this case is a cylindrical body, which is shown here in cross-section.
  • the lighting devices 7, 8, 10 are not shown. It is assumed that the lateral surface of the test object 19 is illuminated over its entire surface from all sides. Starting from this illuminated test object 19, light will now shine after all
  • the beam paths of this light are in FIG. 5 divided into central beam paths 11a, 11b, 20a, 20b and outer edge beam paths 12a ', 12a ", 12b 1 , 12b", 21a ", 21a", 21b', 21b ".
  • the extended central beam paths 20a, 20b, 11a, 11b virtually intersect in a central midpoint of the test object 19 lying on the central central axis 13.
  • the hollow guide 9. In this center are the central beam paths 11a, 11b, 20a, 20b each at an angle of 90 ° to each other.
  • the central beam path 11a extends, virtually from the center and actually starting from the surface of the test object 19 to the upper left in the direction of the point 15 on the mirror surface 5a, is deflected from there and on the
  • the central beam path 11b extends over the mirror surfaces 5b and 4b.
  • the central beam path 20a extends to the bottom left and is reflected at the point 17 of the mirror surface 6a and directed directly to the camera 2.
  • the central beam path 20b extends to the bottom right, and is thrown by the mirror surface 6b in the camera 2.
  • the camera 2 thus detects each side of the test object 19 and the test object 19 is covered over an angular range of 360 °.
  • FIG. 5 also shows the outer peripheral beam paths 12a ', 12a “, 12b', 12b", 21a ', 21a “, 21b', 21b” which are intended to represent the extreme values of the light beams emanating from the test object 19.
  • the outer peripheral beam paths 12a 1 and 12a " starting from the surface of the test object 19, from the almost opposite points of the cylindrical test object 19, to the upper left in the direction of the mirror surface 5a, are reflected from there to the mirror surface 4a and fall from there into the camera 2.
  • the beam paths starting from the surface of the test object to the camera 2 have substantially equal lengths.
  • the length of the central beam path 20a is equal to the length of the central beam path 20b equal to the length of the central beam path 11a equal to the length of the central beam path 11b.
  • the complete lateral surface of the test object 19 is thus viewed and at the same time superimposed into the camera image or imaged on the sensor of the camera.
  • an image is formed in the camera 2 or detector 2, which is subdivided into four individual images or comprises four individual images. Each individual image corresponds to one of the four views of the test object 19.
  • a first individual image is formed, defined or limited by the light beams 11 a, 12 a ', 12 a ", a second frame through the light beams 11b, 12b ', 12b “, a third frame through the light beams 20a, 21a', 21a", and a fourth frame through the beams 20b, 21b ', 21b. "These frames are juxtaposed on a screen.
  • the images can then be evaluated automatically, in particular optically, in practical application, for example, in the inspection of cylindrical objects, such as films, cans or the like .. Defective surfaces are easily recognizable, especially on the different reflection behavior or on the color ,
  • an inventive lighting ring 10 is in a circular
  • Shape shown, as shown in Fig. 3 and 4 is arranged.
  • rings of 20 individual light-emitting diodes 25 are formed on the surface of three central to the central axis 13 of the hollow guide 9 concentrically arranged rings of 20 individual light-emitting diodes 25 are formed. These LEDs 25 are at predetermined angles to each other.
  • the individual diodes 25 are arranged offset from one another in such a way that an optimal uniform and possibly diffuse illumination is made possible.
  • the diodes 25 are disposed on the innermost and the outermost ring aligned with respect to the central axis and the diodes 25 of the middle ring are located centrally between these alignment lines.
  • the arrangement 1 may be aligned in space so that the specimen 19 in the free fall of gravity passes from top to bottom through the hollow guide 9.
  • a pneumatic guide for example a transparent hose, which passes through the hollow guide 9. Through this guide or through this hose, the test objects 19 could then be performed by the attachment 3, regardless of the position or orientation of the arrangement.
  • the lighting in the attachment 3 can be triggered by special release mechanisms, in order to save energy or to extend the life of the lamps or diodes.
  • the activation of the illumination can also be interactively activated with the activation of camera 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und einen Vorsatz zur Qualitätskontrolle von Prüfobjekten (19) mit einer Kamera, wobei die Kamera (2) und die Erfassungsposition (9) auf einer gemeinsamen Mittelebene (14) angeordnet sind. Auf der der Kamera (2) fernen Seite der Erfassungsposition (9) sind beidseitig der Mittelebene (14) zwei untere Spiegelflächen (6a, 6b) angeordnet, die Licht, das von der Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, in die Kamera (2) lenken und auf der Kamera (2) nahen Seite der Erfassungsposition (9) sind beidseitig der Mittelebene (14) zwei obere Spiegelflächen (5a, 5b) angeordnet, die oberes Licht, das von der Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, in die Kamera (2) lenken.

Description

Anordnung und Vorsatz zur Prüfung von Gegenständen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie einen optischen Vorsatz gemäß Anspruch 17. Die Erfindung liegt vor allem auf dem Gebiet der Qualitätskontrolle bzw. der
Produktprüfung von beliebigen Gegenständen. Es ist hierbei oftmals erforderlich Objekte inline, rasch und im Produktionstakt von allen Seiten zu betrachten.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Überprüfung bekannt, bei denen mehrere Kameras verwendet werden, die den Prüfling an unterschiedlichen örtlichen Positionen von verschiedenen Blickrichtungen und Blickwinkeln aus betrachten. Problematisch kann dabei sein, dass sich der Prüfling auf dem Weg zwischen den einzelnen Prüfpositionen bewegt, sodass dadurch nicht mehr die gewünschte Seite des Prüflings betrachtet werden kann. Außerdem ist der Einsatz mehrerer Kameras sowohl kosten- als auch platzintensiv. Weiters besteht im Stand der Technik die Möglichkeit, als Alternative zum Einsatz mehrerer Flächenkameras, Systeme mit Zeilenkameras einzusetzen, die den Prüfling abscannen. Um diesen jedoch allseitig erfassen zu können, muss der Prüfling vor der Kamera um 360° rotiert werden. Dieser Schritt ist jedoch mit einem aufwändigen Handling des Prüflings verbunden, wodurch diese Art der Inspektion zeitaufwendig ist und für den Einsatz als Inline-Prüfsystem denkbar ungeeignet ist.
Auch sind bei beiden Vorrichtungen Halterungen oder Auflagen für den Prüfling erforderlich, die eine allseitige Bilderfassung erschweren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein Prüfling einfach und schnell allseitig betrachtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch wird es gestattet, dass mit nur einer Bildaufnahme der Prüfling vollflächig erfasst werden kann.
Durch die Verwendung des speziellen optischen Vorsatzes kann die Oberfläche des meist zylindrisch ausgebildeten Prüflings mit nur einer Kamera gleichzeitig von allen Positionen bzw. Winkeln betrachtet bzw. aufgenommen werden. Der erfindungsgemäße Vorsatz ist auf handelsübliche Kameras und Optiken aufsteckbar und ermöglicht die lückenlose Rundumbetrachtung von Mantelflächen zylindrischer Teile ohne Limitierung des Verhältnisses von Länge zu Durchmesser. Die Prüflinge können auch im "freien Flug" kontrolliert werden, da keine Auflagefläche und daher keine verdeckten Stellen vorhanden sind. Es kann eine integrierte, vollflächige Beleuchtung des Prüflings erfolgen und zwar durch eine Beleuchtung von oben und/oder unten bzw. eine flächige Beleuchtung. Mit einer integrierten Triggerlichtschranke kann die Aufnahme ausgelöst werden. In Kombination mit einer Zeilenkamera ist eine Oberflächeninspektion von Endlosmaterial möglich (Drähte, Rohre, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einer Kamera und einem optischen Vorsatz mit flächiger Beleuchtung. Fig. 2 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 1 mit einer unterschiedlich ausgebildeten
Hohlführung.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit einer Kamera und einem optischen Vorsatz mit koaxial angeordneten Beleuchtungselementen.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung gemäß Fig. 3 mit einer unterschiedlich ausgebildeten Hohlführung.
Fig. 5 zeigt schematisch die Verläufe der Strahlengänge.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer ringförmigen
Beleuchtungseinrichtung .
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Anordnung
1 , umfassend jeweils eine Kamera 2 sowie einen optischen Vorsatz 3. Die Kamera 2 ist vorzugsweise als Flächenkamera ausgebildet oder entspricht einem Detektor bzw. einer Bilderfassungseinheit. Im weiteren wird unter dem Begriff Kamera 2 die eigentliche Detektionseinheit, insbesondere der Chip, verstanden. Die Kamera 2 ist über ein Verbindungselement bzw. eine Steckverbindung 26 mit dem Vorsatz 3 verbunden. Durch die Kameraöffnung 27 im Vorsatz 3 kann Licht in die Kamera 2 einfallen.
In Fig. 1 ist der Vorsatz 3 als räumliche Konstruktion mit sechseckiger Grundfläche ausgebildet, wobei das Gehäuse geschlossen ist bzw. geschlossene Flächen aufweist und aus undurchsichtigem Material, beispielsweise Kunststoff, Aluminium od. dgl. bestehen. Alternativ kann der Vorsatz auch aus lichtdurchlässigem, durchsichtigem Material ausgebildet sein. Alternativ kann der Vorsatz 3 auch in Holmkonstruktion ausgebildet sein, wobei die Flächen zwischen den Holmen frei bleiben können.
Im Inneren des Vorsatzes 3 ist die Erfassungsposition 9 für die Aufnahme der Prüfobjekte 19 in Form einer zentralen Hohlführung 9 ausgebildet, die durch die gesamte Dicke des Vorsatzes 3 durchgeht. Die zentrale Mittelachse 13 dieser Hohlführung 9 steht im wesentlichen senkrecht zur Ebene der sechseckigen Grundflächen des Vorsatzes 3. Durch diese Hohlführung 9 gelangen die Prüfobjekte 19 in den Erfassungsbereich der Kamera 2. Sie werden von der einen Seite zugeführt, durch die Hohlführung 9 durchtransportiert und aus der anderen Seite der Hohlführung 9 wieder ausgegeben. Die Hohlführung 9 ist aus lichtdurchlässigem Material ausgebildet und kann, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einem lichtdurchlässigen Quadermantel oder, wie in Fig. 2, aus einem lichtdurchlässigen Zylindermantel gebildet sein. Die Hohlführung 9 ist vorzugsweise an der Innenseite des Gehäuses befestigt. Auch wäre es möglich, dass keinerlei Führung vorgesehen ist, sondern dass das Prüfobjekt 19 durch den Erfassungsbereich der Kamera 2 frei und ohne Führung durchfällt oder durchgeschoben wird.
Im Inneren des Vorsatzes 3 ist eine Spiegelkonstruktion vorgesehen, die aus einer besonderen Anordnung von sechs Spiegelflächen, jeweils zwei oberen Spiegelflächen 5a,
5b, zwei unteren Spiegelflächen 6a, 6b und im vorliegenden Fall auch zwei mittleren
Spiegelflächen 4a, 4b besteht. In Fig. 1 sind die mittleren Spiegelflächen 4a und 4b Teile eines Prismas 4 und stellen die oberen Seitenflächen des Prismas 4 dar. Alternativ können auch einzelne freistehende mittlere Spiegelflächen 4a und 4b ausgebildet sein. Auch kann die Spiegelkonstruktion so ausgebildet sein, dass die mittleren Spiegelflächen
4a, 4b gar nicht erforderlich sind, wenn nämlich die oberen Spiegelflächen 5a, 5b so ausgerichtet sind, dass sie die Strahlen direkt in die Kamera 2 lenken. Hierbei ist jedoch die dadurch entstehende Verkürzung der Strahlengänge zu berücksichtigen, die ausgeglichen werden müsste. Dies könnte gegebenenfalls durch eine Vergrößerung der Entfernung der Spiegelflächen 4a, 4b zueinander erfolgen.
Die Spiegelflächen 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b sind unter festgelegten Winkeln zueinander angeordnet, sodass das in der Hohlführung 9 angeordnete Prüfobjekt 19 von allen Seiten erfasst werden kann. Ein Beispiel für die Verläufe der Strahlengänge ist in Fig. 5 gezeigt und wird später im Detail behandelt. Die Anordnung 1 bzw. der Vorsatz 3 ist symmetrisch bezüglich einer Mittelebene
14 aufgebaut. Diese Mittelebene 14 verläuft durch die obere Kante des Prismas 4 sowie durch die Kamera 2. Die Mittelebene 14 ist senkrecht zu der durch die Spiegelflächen 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b definierten bzw. aufgespannten Ebene bzw. zu den sechseckigen Grundflächen des Vorsatzes 3 ausgerichtet. Die Mittelachse 13 der Hohlführung 9 verläuft in der Mittelebene 14 und ist senkrecht zu der durch die Spiegelflächen 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b definierten bzw. aufgespannten Ebene ausgerichtet.
Auf der einen Seite der Mittelebene 14 sind die Spiegelflächen 4a, 5a, 6a angeordnet, auf der anderen Seite der Mittelebene 14 die Spiegelflächen 4b, 5b, 6b. Die oberen Spiegelflächen 5a, 5b, die unteren Spiegelflächen 6a, 6b und die mittleren Spiegelflächen 4a, 4b liegen jeweils im selben Abstand zur Erfassungsposition 9 bzw. zur
Hohlführung 9 bzw. zur Mittelachse 13. Weiters sind im Vorsatz 3 mehrere Beleuchtungseinrichtungen 7, 8 vorgesehen. Die Beleuchtungseinrichtungen in Fig. 1 und 2 sind als flächige Leuchtelemente, insbesondere als mit Dioden beleuchtete Leuchtplatten, ausgebildet und verbreiten im Inneren des Vorsatzes 3 eine diffuse Beleuchtung. Die drei in Fig. 1 und 2 vorgesehenen Beleuchtungseinrichtungen 7 sind an der Innenseite der Umfangsfläche des Vorsatzes 3 befestigt, und zwar sind die drei Beleuchtungseinrichtungen 7 jeweils um 90° zueinander versetzt positioniert. Die Beleuchtungseinrichtungen 7 sind zwischen den Spiegelflächen 5a, 5b, 6a, 6b angeordnet und deren Licht kann ungehindert auf das Prüfobjekt 19 fallen.
Zusätzlich ist eine weitere Beleuchtungseinrichtung 8 vorgesehen, die in Fig. 1 und Fig. 2 direkt unterhalb der Spiegelflächen 4a,4b auf der dritten Seitenfläche des Prismas 4 angeordnet ist. Diese beleuchtet das Prüfobjekt 19 von oben.
Somit ist eine allseitige Beleuchtung des Prüfobjektes 19 gewährleistet.
Die Fig. 3 und 4 zeigen im wesentlichen einen ähnlichen Aufbau. Allerdings sind in Fig. 3 und 4 unterschiedliche Beleuchtungseinrichtungen ausgebildet. Diese sind koaxial um die zentrale Mittelachse 13 der Hohlführung 9 angeordnet und sind als kreisringförmige Beleuchtungsringe 10 ausgebildet. Diese Beleuchtungsringe 10 sind beidseitig an den Innenseiten der sechseckigen Grundflächen des Vorsatzes 3 befestigt und strahlen Licht in das Innere des Vorsatzes 3 und die Hohlführung 9. Auch auf diese Weise erfolgt eine vollflächige Beleuchtung des Prüfobjektes 19.
Die Spiegelanordnung sowie die Ausbildung der Hohlführung 9 sind gegenüber der Fig. 1 und 2 unverändert.
In Fig. 5 ist ein Schema der Strahlengänge beschrieben. Am unteren Ende dieses Schemas ist das Prüfobjekt 19 angeordnet, das sich im Inneren der Hohlführung 9 befindet. Das Prüfobjekt 19 ist in diesem Fall ein zylindrischer Körper, der hier im Querschnitt gezeigt ist. Die Beleuchtungseinrichtungen 7, 8, 10 sind nicht dargestellt. Es wird angenommen, dass die Mantelfläche des Prüfobjektes 19 vollflächig von allen Seiten beleuchtet ist. Von diesem beleuchteten Prüfobjekt 19 ausgehend wird nun Licht nach allen
Seiten ausgesendet bzw. reflektiert. Die Strahlengänge dieses Lichtes sind in Fig. 5 in zentrale Strahlengänge 11a, 11b, 20a, 20b und äußere Randstrahlengänge 12a', 12a", 12b1, 12b", 21a", 21a", 21b', 21b" unterteilt.
Im Folgenden wird auf den genauen Verlauf der Strahlengänge eingegangen: Die verlängerten zentralen Strahlengänge 20a, 20b, 11 a, 11b kreuzen sich virtuell in einem auf der zentralen Mittelachse 13 liegenden zentralen Mittelpunkt des Prüfobjektes 19 bzw. der Hohlführung 9. In diesem Mittelpunkt stehen die zentralen Strahlengänge 11a, 11b, 20a, 20b jeweils im Winkel von 90° zueinander.
Der zentrale Strahlengang 11a verläuft, virtuell ausgehend vom Mittelpunkt und tatsächlich ausgehend von der Oberfläche des Prüfobjektes 19 nach links oben in Richtung des Punktes 15 auf der Spiegelfläche 5a, wird von dort abgelenkt und auf die
Spiegelfläche 4a geworfen und von dort in die Kamera bzw. den Detektor 2 gelenkt.
Analog dazu verläuft der zentrale Strahlengang 11b über die Spiegelflächen 5b bzw. 4b.
Von der unteren Seite des Prüfobjektes 19 ausgehend, verläuft der zentrale Strahlengang 20a nach links unten und wird im Punkt 17 der Spiegelfläche 6a reflektiert und direkt zur Kamera 2 gelenkt. Analog dazu verläuft der zentrale Strahlengang 20b nach rechts unten, und wird von der Spiegelfläche 6b in die Kamera 2 geworfen.
Die Kamera 2 erfasst somit jede Seite des Prüfobjektes 19 und das Prüfobjekt 19 ist über einen Winkelbereich von 360° abgedeckt.
In Fig. 5 sind weiters auch .die äußeren Randstrahlengänge 12a', 12a", 12b', 12b", 21a', 21a", 21b', 21b" dargestellt, die die Extremwerte der vom Prüfobjekt 19 ausgehenden Lichtstrahlen darstellen sollen. So verlaufen beispielsweise die äußeren Randstrahlengänge 12a1 und 12a", ausgehend von der Oberfläche des Prüfobjektes 19, und zwar von den sich fast gegenüberliegenden Punkten des zylindrischen Prüfobjektes 19, nach links oben in Richtung der Spiegelfläche 5a, werden von dort zur Spiegelfläche 4a reflektiert und fallen von dort in die Kamera 2. Analog dazu verlaufen auch die weiteren Randstrahlen 12b', 12b" bzw. 21b', 21b" bzw. 21a', 21a".
Vorteilhaft für die Tiefenschärfe ist es, wenn die Strahlengänge, ausgehend von der Oberfläche des Prüfobjektes bis zur Kamera 2 im wesentlichen gleiche Längen aufweisen. So ist in Fig. 5 die Länge des zentralen Strahlenganges 20a gleich der Länge des zentralen Strahlenganges 20b gleich der Länge des zentralen Strahlenganges 11 a gleich der Länge des zentralen Strahlenganges 11b. Dadurch sind sämtliche Ansichten des Prüfobjektes mit der gleichen Tiefenschärfe darstellbar. Unterschiede in den Strahlengängen können durch Toleranzen der Tiefenschärfe des Objektives ausgeglichen werden. Durch die spezielle Form des Vorsatzes 3 und die besondere Anordnung der Spiegelflächen wird der notwendige Arbeitsabstand zwischen Prüfling 19 und Kamera 2 gewährleistet.
Über die sechs Spiegelflächen 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b wird somit die komplette Mantelfläche des Prüflings 19 betrachtet und gleichzeitig in das Kamerabild eingeblendet bzw. auf dem Sensor der Kamera abgebildet. Es entsteht somit in der Kamera 2 bzw. am Detektor 2 ein Bild, das in vier Einzelbilder unterteilt ist bzw. vier Einzelbilder umfasst. Jedes Einzelbild entspricht einer der vier Ansichten des Prüfobjektes 19. So wird ein erstes Einzelbild durch die Lichtstrahlen 11 a, 12a', 12a" gebildet, definiert bzw. begrenzt, ein zweites Einzelbild durch die Lichtstrahlen 11b, 12b', 12b", ein drittes Einzelbild durch die Lichtstrahlen 20a, 21a', 21a" sowie ein viertes Einzelbild durch die Lichtstrahlen 20b, 21b', 21b". Diese Einzelbilder liegen nebeneinander auf einem Bildschirm. Die Bilder können dann automatisch, insbesondere optisch, ausgewertet werden. In praktische Anwendung gelangt das Prüfsystem beispielsweise bei der Kontrolle von zylindrischen Objekten, z.B. Filmen, Dosen od.dgl.. Schadhafte Oberflächen sind leicht erkennbar, insbesondere am unterschiedlichen Reflexionsverhalten bzw. an der Farbe.
In Fig. 6 ist ein erfindungsgemäßer Beleuchtungsring 10 in kreisringförmiger
Gestalt dargestellt, wie er in Fig. 3 und 4 angeordnet ist. An dessen Oberfläche sind drei zur zentralen Mittelachse 13 der Hohlführung 9 konzentrisch angeordnete Ringe aus jeweils 20 einzelnen Leuchtdioden 25 ausgebildet. Diese Leuchtdioden 25 stehen in vorgegebenen Winkeln zueinander. Die einzelnen Dioden 25 sind derart versetzt zueinander angeordnet, dass eine optimale gleichmäßige und möglichst diffuse Beleuchtung ermöglicht wird. So sind die Dioden 25 auf dem innersten und dem äußersten Ring fluchtend bezüglich der Mittelachse angeordnet und die Dioden 25 des mittleren Ringes liegen mittig zwischen diesen Fluchtlinien.
Es besteht die Möglichkeit jeden Prüfling 19 entweder von Hand in die
Hohlführung 9 einzulegen bzw. an den Aufnahmeort zu verbringen und wieder zu entfernen, was eine Batch-Analyse ermöglicht. Weiters kann die Anordnung 1 so im Raum ausgerichtet sein, dass der Prüfling 19 im freien Fall der Schwerkraft von oben nach unten durch die Hohlführung 9 durchgeht. Alternativ wäre auch möglich eine pneumatische Führung, beispielsweise einen durchsichtigen Schlauch vorzusehen, der die Hohlführung 9 durchsetzt. Durch diese Führung bzw. durch diesen Schlauch könnten die Prüfobjekte 19 dann durch den Vorsatz 3 durchgeführt werden und zwar unabhängig von der Stellung bzw. Ausrichtung der Anordnung 1.
Die Beleuchtung im Vorsatz 3 kann über besondere Auslösungsmechanismen getriggert sein, um auf diese Weise Energie zu sparen bzw. die Lebensdauer der Lampen bzw. Dioden zu verlängern. Die Aktivierung der Beleuchtung kann auch mit der Aktivierung Kamera 2 wechselwirkend geschalten sein..
Es können mit der Kamera 2 je nach Bedarf und abhängig von der Art des zu prüfenden Objektes 19 entweder kürzer belichtete Momentaufnahmen gemacht werden, was insbesondere bei stückigen Objekten vorteilhaft ist. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Videoaufzeichnung des Objektes vorgenommen werden, was insbesondere bei langen (Endlos)Objekten 19, z.B. bei Drähten, Kabeln, Strängen oder Rohren vorteilhaft ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Aufnahme bzw. zur Prüfung bzw. zur Qualitätskontrolle von Prüfobjekten (19) bzw. Gegenständen (19) mit einer Kamera, einem Detektor bzw. einer Bilderfassungseinheit (2) wobei in der Anordnung (1) eine vorgegebene Erfassungsposition (9) ausgebildet bzw. definiert ist, an der das zu betrachtende Prüfobjekt bzw. der Gegenstand (19) positionierbar ist und wobei die in Richtung der Erfassungsposition (9) ausgerichtete Kamera (2) und die Erfassungsposition (9) auf einer gemeinsamen Mittelebene (14) angeordnet sind, - wobei auf der der Kamera (2) fernen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der Mittelebene (14) und in jeweils gleichen Abständen zur Erfassungsposition (9) zumindest zwei untere Spiegelflächen (6a, 6b) angeordnet sind, wobei diese unteren Spiegelflächen (6a, 6b) so ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kamera (2) abgewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, über die unteren Spiegelflächen (6a, 6b) jeweils in die Kamera (2) gelenkt wird bzw. dass von der
Kamera (2) die der Kamera (2) abgewendete Oberfläche des Prüfobjektes (19) erfassbar ist und
- wobei auf der der Kamera (2) nahen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der
Mittelebene (14) und in jeweils gleichen Abständen zur Erfassungsposition (9) zumindest zwei obere Spiegelflächen (5a, 5b) angeordnet sind, wobei diese oberen
Spiegelflächen (5a, 5b) so ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kamera (2) zugewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, über die oberen
Spiegelflächen (5a, 5b) jeweils in die Kamera (2) gelenkt wird bzw. dass von der
Kamera (2) die der Kamera (2) zugewendete Oberfläche des Prüfobjektes (19) erfassbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Kamera (2) nahen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der Mittelebene (14) zumindest zwei weitere mittlere Spiegelflächen (4a, 4b) jeweils im Strahlengang zwischen den oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und der Kamera (2) angeordnet sind, wobei die oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) so zueinander ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kamera (2) zugewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, jeweils in die Kamera (2) gelenkt wird bzw. dass von der Kamera (2) die der Kamera (2) zugewendete Oberfläche des Prüfobjektes (19) erfassbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) durch die Seitenflächen eines in der Mittelebene (14) angeordneten Prismas (4) gebildet sind.
5 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) symmetrisch bezüglich der Mittelebene (14) aufgebaut ist und insbesondere die beiden oberen Spiegelflächen (5a, 5b), die beiden unteren Spiegelflächen (6a, 6b) und gegebenenfalls die beiden mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) jeweils beidseitig symmetrisch zu dieser Mittelebene (14) angeordnet sind.
10
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Strahlengänge (20a, 20b), die von der Kamera (2) über die unteren Spiegelflächen (6a, 6b) bis zur Erfassungsposition (9) bzw. zum Prüfobjekt (19) verlaufen, im wesentlichen gleiche Länge besitzen wie die zentralen Strahlengänge (11a, 11b), die
15 von der Kamera (2) über die oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und gegebenenfalls die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) bis zur Erfassungsposition (9) bzw. zum Prüfobjekt (19) verlaufen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die 20. Erfassungsposition (9) eine zentrale Mittelachse (13) aufweist, die in Richtung der
Beschickung mit den Prüfobjekten ausgerichtet ist und/oder dass die Erfassungsposition (9) in Form einer die Anordnung (1) durchsetzenden, vorzugsweise zylindermantelförmigen oder quadermantelförmigen, insbesondere aus durchsichtigem bzw. lichtdurchlässigem Material bestehenden, Hohlführung (9) ausgebildet ist. 25
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Strahlengänge (11a, 11b, 20a, 20b) in ihrem virtuellen Kreuzungspunkt in der Erfassungsposition (9) bzw. in der in der Mittelebene (14) verlaufenden Mittelachse (13) der Erfassungsposition (9) in einem Winkel zwischen 80° und 100°, insbesondere 90°,
30 ausgerichtet sind.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelebene (14) senkrecht zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
35
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (13) in der Mittelebene (14) verläuft und senkrecht zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung (1) zumindest zwei, vorzugsweise drei, insbesondere flächige, Beleuchtungseinrichtungen (7) vorgesehen sind, die in der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene, in den Bereichen zwischen den Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) angeordnet sind.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Beleuchtungseinrichtung (8) vorgesehen ist, die im Bereich der mittleren Spiegelflächen (4a, 4b), insbesondere an der unteren Seitenfläche des Prismas (4), angeordnet ist und der Erfassungsposition (9) zugewendet ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Anordnung (1) parallel zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene zumindest ein, vorzugsweise zwei sich gegenüberliegende, kreisringförmige(r) Beleuchtungsring(e) (10) vorgesehen ist (sind), der (die) konzentrisch bezüglich der Mittelachse (13) bzw. der Erfassungsposition (9) angeordnet ist (sind).
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsringe (10) eine Anzahl von in konzentrischen Kreisen angeordneten Leuchtdioden (25) aufweisen.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b), die Erfassungsposition (9) bzw. die Hohlführung (9) und gegebenenfalls die Beleuchtungseinrichtungen (7,8,10), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Vorsatz (3) zusammengefasst bzw. angeordnet sind, wobei der Vorsatz (3), insbesondere über eine Steckverbindung (26), auf die Kamera (2) aufsteckbar ist bzw. so an der Kamera (2) befestigbar ist, dass die Kamera (2), insbesondere über eine Kameraöffnung (27), in den Vorsatz (3) gerichtet ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (19) bzw. der Vorsatz (3) ein Gehäuse aus durchsichtigem oder undurchsichtigem bzw. lichtdurchlässigem oder lichtundurchlässigem Material aufweist oder in Holmkonstruktion ausgebildet ist.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) und/oder die Beleuchtungseinrichtungen (7,8,10) an den Innenseiten des Gehäuses befestigt sind.
17. Optischer Vorsatz zum Aufstecken auf eine Kamera, einen Detektor bzw. eine Bilderfassungseinheit (2), wobei im Vorsatz (3) eine Kameraöffnung (27) ausgebildet ist, durch die die Kamera (2) in den Vorsatz (3) gerichtet ist, wobei im Vorsatz (3) eine vorgegebene Erfassungsposition (9) ausgebildet bzw. definiert ist, an der das zu betrachtende Prüfobjekt (19) positionierbar ist und wobei die Kameraöffnung (27) und die Erfassungsposition (9) auf einer gemeinsamen Mittelebene (14) angeordnet sind,
- wobei auf der der Kameraöffnung (27) fernen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der Mittelebene (14) und in jeweils gleichen Abständen zur Erfassungsposition (9) zumindest zwei untere Spiegelflächen (6a, 6b) angeordnet sind, wobei diese unteren Spiegelflächen (6a, 6b) so ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kameraöffnung (27) abgewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, über die unteren Spiegelflächen (6a, 6b) jeweils in die Kameraöffnung (27) gelenkt wird und
- wobei auf der der Kameraöffnung (27) nahen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der Mittelebene (14) und in jeweils gleichen Abständen zur Erfassungsposition (9) zumindest zwei obere Spiegelflächen (5a, 5b) angeordnet sind, wobei diese oberen Spiegelflächen (5a, 5b) so ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kameraöffnung (27) zugewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, über die oberen Spiegelflächen (5a, 5b) jeweils in die Kameraöffnung (27) gelenkt wird.
18. Vorsatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Kameraöffnung (27) nahen Seite der Erfassungsposition (9), beidseitig der Mittelebene (14) zumindest zwei weitere mittlere Spiegelflächen (4a, 4b) jeweils im Strahlengang zwischen den oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und der Kameraöffnung (27) angeordnet sind, wobei die oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) so zueinander ausgerichtet sind, dass Licht, das von der der Kameraöffnung (27) zugewendeten Oberfläche des Prüfobjektes (19) ausgeht, jeweils in die Kameraöffnung (27) gelenkt wird.
19. Vorsatz nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) durch die Seitenflächen eines in der Mittelebene (14) angeordneten Prismas (4) gebildet sind.
20. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsatz (3) symmetrisch bezüglich der Mittelebene (14) aufgebaut ist und insbesondere die beiden oberen Spiegelflächen (5a, 5b), die beiden unteren Spiegelflächen (6a, 6b) und gegebenenfalls die beiden mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) jeweils beidseitig symmetrisch zu dieser Mittelebene (14) angeordnet sind.
21. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Strahlengänge (20a, 20b), die von der Kameraöffnung (27) über die unteren Spiegelflächen (6a, 6b) bis zur Erfassungsposition (9) bzw. zum Prüfobjekt (19) verlaufen, im wesentlichen gleiche Länge besitzen wie die zentralen Strahlengänge (11a, 11b), die von der Kameraöffnung (27) über die oberen Spiegelflächen (5a, 5b) und gegebenenfalls die mittleren Spiegelflächen (4a, 4b) bis zur Erfassungsposition (9) bzw. zum Prüfobjekt (19) verlaufen.
22. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsposition (9) eine zentrale Mittelachse (13) aufweist, die in Richtung der Beschickung mit den Prüfobjekten ausgerichtet ist und/oder in Form einer den Vorsatz (3) durchsetzenden, vorzugsweise zylindermantelförmigen oder quadermantelförmigen, insbesondere aus durchsichtigem bzw. lichtdurchlässigem Material bestehenden, Hohlführung (9) ausgebildet ist.
23. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zentralen Strahlengänge (11a, 11b, 20a, 20b) in ihrem virtuellen Kreuzungspunkt in der Erfassungsposition (9) bzw. in der in der Mittelebene (14) verlaufenden Mittelachse (13) der Erfassungsposition (9) in einem Winkel zwischen 80° und 100°, insbesondere 90°, ausgerichtet sind.
24. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelebene (14) senkrecht zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
25. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (13) in der Mittelebene (14) verläuft und senkrecht zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene ausgerichtet ist.
26. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorsatz (3) zumindest zwei, vorzugsweise drei, insbesondere flächige, Beleuchtungseinrichtungen (7) vorgesehen sind, die in der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene, in den Bereichen zwischen den Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) angeordnet sind.
27. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Beleuchtungseinrichtung (8) vorgesehen ist, die im Bereich der mittleren Spiegelflächen (4a, 4b), insbesondere an der unteren Seitenfläche des Prismas (4), angeordnet ist und der Erfassungsposition (9) zugewendet ist.
28. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass im Vorsatz (3) parallel zu der durch die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) definierten bzw. aufgespannten Ebene zumindest zwei sich gegenüberliegende kreisringförmige Beleuchtungsringe (10) vorgesehen sind, die konzentrisch bezüglich der Mittelachse (13) bzw. der Erfassungsposition (9) angeordnet sind.
29. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsringe (10) eine Anzahl von in konzentrischen Kreisen angeordneten Leuchtdioden (25) aufweisen.
30. Vorsatz nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsatz (3) ein Gehäuse aus durchsichtigem oder undurchsichtigem bzw. lichtdurchlässigem oder lichtundurchlässigem Material aufweist oder in Holmkonstruktion ausgebildet ist.
31. Vorsatz nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelflächen (4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b) und/oder die Beleuchtungseinrichtungen (7,8,10) an den Innenseiten des Gehäuses befestigt sind.
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