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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Inspizieren
einer zumindest teilweise glänzenden Oberfläche
an einem Gegenstand. Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung,
die eine weitgehend automatisierte oder sogar vollautomatische Inspektion
von glänzenden Oberflächen unter Industriebedingungen
ermöglicht.
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Bei
der industriellen Fertigung von Produkten spielt die Produktqualität
seit vielen Jahren eine zunehmend wichtige Rolle. Hohe Produktqualität kann
einerseits durch entsprechend ausgelegte und stabile Fertigungsprozesse
erreicht werden. Andererseits müssen die Qualitätsparameter
eines Produktes möglichst zuverlässig und vollständig kontrolliert
werden, um Qualitätsmängel frühzeitig
zu erkennen. In vielen Fällen spielt die Qualität
einer Produktoberfläche eine Rolle. Dabei kann es sich
um dekorative Oberflächen handeln, wie beispielsweise Lackoberflächen
bei Kraftfahrzeugen oder Haushaltsgegenständen, oder um
technische Oberflächen, wie etwa die Oberflächen
von fein bearbeiteten metallischen Kolben oder Lagerflächen.
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Es
gibt bereits eine Vielzahl von Vorschlägen und Konzepten,
um spiegelnde Oberflächen automatisiert zu inspizieren.
Häufig sind die bekannten Verfahren und Vorrichtung jedoch
nur für einen speziellen Anwendungsfall einsetzbar, weil
sie hohes a priori-Wissen über die zu inspizierende Oberfläche
voraussetzen. Darüber hinaus sind die bekannten Verfahren
und Vorrichtungen für viele Anwendungsfälle nicht
ausgereift genug, um eine effiziente und zuverlässige Inspektion
von Oberflächen unter Industriebedingungen zu ermöglichen.
Industriebedingungen beinhaltet in diesem Fall die Einhaltung von
Zykluszeiten, die für eine Einbindung in eine industrielle Fertigung
relevant sind, die Fähigkeit, die Oberflächeninspektion
in einer Fertigungshalle durchzuführen, und/oder die Möglichkeit,
die Oberflächeninspektion einfach und schnell an wechselnde
Produkte anzupassen.
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Infolgedessen
wird beispielsweise in der Automobilindustrie bis heute in erheblichem
Ausmaß eine visuelle Inspektion von Lackoberflächen
durch erfahrene und geschulte Personen durchgeführt. Der Automatisierungsgrad
bei der Inspektion von glänzenden Lackoberflächen
ist wesentlich geringer als der Automatisierungsgrad in der Fertigung
selbst. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur visuellen
Inspektion der Lackoberfläche eines Kraftfahrzeugs ist
in
US 5,636,024 beschrieben.
Die Vorrichtung beinhaltet einen Tunnel, durch den die Kraftfahrzeuge
mit den zu inspizierenden Lackoberflächen transportiert
werden. An den Innenwänden des Tunnels befinden sich Lichtquellen,
die ein Streifenmuster aus hellen und dunklen Streifen erzeugen.
Diese Streifenmuster werden von der Lackoberfläche der
Kraftfahrzeuge reflektiert. Die Inspektion der Lackoberfläche
wird von Personen durchgeführt, die im Tunnel stehen und
die Reflexionen der Streifenmuster an der Lackoberfläche
visuell prüfen. Es ist leicht nachvollziehbar, dass eine
solche Vorgehensweise in erheblichem Ausmaß von den Fähigkeiten
des Betrachters abhängt und daher nur eine begrenzte Zuverlässigkeit
bietet. Außerdem ist eine solche Vorgehensweise arbeitsintensiv
und dementsprechend teuer.
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DE 103 17 078 A1 beschreibt
ein deflektometrisches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung.
Bei diesem Verfahren wird ein Streifenmuster mit einem sinusförmigen
Helligkeitsverlauf auf einen Schirm projiziert, der schräg über
einer zu inspizierenden Oberfläche angeordnet ist. Das
projizierte Muster wird verändert oder bewegt, so dass
entsprechend veränderte Streifenmuster auf die Oberfläche fallen.
Während oder nach dem Verändern/Bewegen des Musters
wird jeweils ein Bild der Oberfläche mit dem reflektierten
Muster aufgenommen. Durch eine mathematische Verknüpfung
der zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen Bilder soll ein Ergebnisbild
erzeugt werden, anhand dessen defektbehaftete Bereiche und defektfreie
Bereiche der Oberfläche rechnerisch und/oder visuell unterschieden
werden können. Ein ähnliches Verfahren und eine ähnliche
Vorrichtung sind aus einer Publikation von
Sören Kammel
mit dem Titel "Deflektometrie zur Qualitätsprüfung
spiegelnd reflektierender Oberflächen", erschienen
in der DE-Zeitschrift tm-technisches Messen, Ausgabe 4/2003, Seiten
193 bis 198 bekannt. In diesem Fall erfolgt eine Auswertung
der gewonnenen Bilddaten durch Vergleich mit einer Referenz, was eine
exakte Ausrichtung des zu untersuchenden Objekts zu den Referenzdaten
erfordert.
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Weitere
Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Inspektion von zumindest
teilweise reflektierenden Oberflächen sind in
DE 198 21 059 C2 oder in
US 6,100,990 offenbart.
Auch hier werden Streifenmuster mit einem sinusförmigen
Helligkeitsverlauf über die zu inspizierende Oberfläche
betrachtet. In allen Fällen werden die Streifenmuster auf
einem ebenen Schirm erzeugt, der schräg zu der zu inspizierenden
Oberfläche angeordnet ist. Diese Verfahren besitzen somit
den Nachteil, dass jeweils nur eine relativ kleine Oberfläche
inspiziert werden kann, die zudem in einer zumindest weitgehend
bekannten und definierten Position und Ausrichtung zu dem Streifenmuster
angeordnet sein muss. Eine schnelle, zuverlässige und effiziente
Inspektion von glänzenden Oberflächen unter Industriebedingungen
ist damit nicht möglich.
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US 5,726,706 und
DE 37 12 513 A1 offenbaren
jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei ein Kraftfahrzeug
unter einer brückenartigen Anordnung hindurchgeführt
wird, an der eine Vielzahl von Kameras angeordnet ist. Die Detektion
von Lackfehlern oder anderen Oberflächendefekten erfolgt
mit Hilfe von Lichtstreifen oder Lichtbändern, deren Reflexion
ausgewertet wird. Bei einer defektfreien Oberfläche sieht
jede Kamera den jeweiligen hellen oder dunklen Streifen. Ein Oberflächendefekt,
wie etwa eine Beule, hat zur Folge, dass das Licht von einem hellen
Streifen in das Bild eines dunklen Streifens abgelenkt wird, so
dass in dem Bild des dunklen Streifens ein heller Lichtpunkt sichtbar
ist. Diese Verfahren besitzen eine limitierte Detektionssicherheit.
Kleine Kratzer oder mattere Lackstellen, die keine nennenswerten
Reflexionen in eine andere Raumrichtung als die umgebenden Bereiche
erzeugen, lassen sich mit diesen Vorrichtungen nicht detektieren.
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DE 10 2005 038 535
A1 hat die Probleme mit der Anpassung der Oberflächeninspektion
an Zykluszeiten industrieller Fertigungen erkannt und schlägt einen
rotationssymmetrischen, insbesondere zylindrischen Streifenprojektor
zur Ausleuchtung eines Gegenstandes mit einer zu inspizierenden
Oberfläche vor. Ein zylindrischer Hohlkörper soll
an seiner Innenwand mit einer Elektrolumineszenzfolie belegt oder beschichtet
sein. Die Folie soll mit farbigen oder graustufigen Streifen versehen
sein, die entweder aufgedruckt oder mit Hilfe einer zweiten Folie
realisiert sind. Der zylindrische Hohlkörper soll in einem zweiten äußeren
Hohlkörper so gelagert sein, dass er mechanisch in eine
Rotationsbewegung versetzt werden kann. Die Rotationsbewegung soll
die Veränderung der Streifenmuster relativ zu der zu inspizierenden
Oberfläche erzeugen. Die mechanische Bewegung des zylindrischen
Hohlkörpers ist allerdings ein Nachteil dieses Konzepts,
insbesondere wenn die Vorrichtung zur Inspektion von großflächigen
Gegenständen eingesetzt werden soll.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung anzugeben, die eine schnelle und zumindest weitgehend automatisierte
Inspektion von Gegenständen mit reflektierenden Oberflächen
unter Industriebedingungen ermöglicht. Dabei ist es wünschenswert,
dass die Vorrichtung möglichst kostengünstig und
verschleißarm realisiert werden kann und prinzipiell die Inspektion
von sehr großen oder sehr kleinen Gegenständen
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung
durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst,
mit einem ersten und zumindest einem zweiten Querträger,
die jeweils einen weitgehend kreissegmentförmigen Ausschnitt
bilden, wobei die Querträger in einem Längsabstand
zueinander angeordnet sind, der eine Längsrichtung definiert,
mit einer Anzahl von Längsträgern, die den ersten
und zweiten Querträger in dem Längsabstand halten,
wobei die Längsträger in einem definierten Radialabstand
zu den kreisförmigen Ausschnitten angeordnet sind, mit
einer lichtdurchlässigen Mattscheibe, die von den Querträgern
in den kreissegmentförmigen Ausschnitten gehalten ist,
um einen tunnelförmigen Inspektionsraum zu bilden, mit
einer Vielzahl von Lichtquellen, die außerhalb des tunnelförmigen
Inspektionsraums hinter der Mattscheibe angeordnet und einzeln oder
in kleinen Gruppen ansteuerbar sind, um variable Hell-Dunkel-Muster
auf der Mattscheibe zu erzeugen, mit einer Werkstückaufnahme
für den Gegenstand in dem tunnelförmigen Inspektionsraum,
mit zumindest einer Kamera, die in den tunnelförmigen Inspektionsraum
gerichtet ist, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit, die dazu
ausgebildet ist, die Lichtquellen und die Kamera anzusteuern, um
verschiedene Hell-Dunkel-Muster auf der Mattscheibe zu erzeugen
und um eine Vielzahl von Bildern von dem Gegenstand in Abhängigkeit
von den Hell-Dunkel-Mustern aufzunehmen und auszuwerten.
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Die
neue Vorrichtung verwendet also einen tunnelförmigen Inspektionsraum,
in den der Gegenstand mit der zu inspizierenden Oberfläche
gebracht wird. Der tunnelförmige Inspektionsraum umgibt
den Gegenstand über eine Bogenlänge von zumindest 90°,
vorzugsweise über eine Bogenlänge von mehr als
120° und in besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen
mit einer Bogenlänge von etwa 180° oder mehr.
Infolge dessen fallen die auf der Mattscheibe erzeugten Hell-Dunkel-Muster
aus mehreren Richtungen auf die zu inspizierende Oberfläche,
was die Inspektion an Gegenständen mit komplexen Freiformflächen
erleichtert und beschleunigt. Es genügt, wenn der zu inspizierende
Gegenstand in dem tunnelförmigen Inspektions raum angeordnet
wird. Eine spezielle und/oder exakte Positionierung des Gegenstandes
in dem Inspektionsraums kann im Allgemeinen entfallen, es sei denn
der Gegenstand besitzt verdeckte Oberflächen und/oder Hinterschneidungen,
die so angeordnet werden müssen, dass sie der zumindest
einen Kamera zugewandt sind.
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Die
Vielzahl von Lichtquellen, die einzeln oder in kleinen Gruppen ansteuerbar
sind, ermöglicht es, eine Vielzahl unterschiedlicher Hell-Dunkel-Muster
zu erzeugen. Damit kann die neue Vorrichtung sehr einfach und schnell
an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Zudem kann eine
mechanische Bewegung des Tunnels entfallen, was vor allem bei der
Inspektion von großen Gegenständen, wie etwa Kraftfahrzeugen
oder Kraftfahrzeugteilen, von Vorteil ist. Da die Vielzahl der individuell
ansteuerbaren Lichtquellen auch eine Verschiebung oder Bewegung
eines definierten Hell-Dunkel-Musters relativ zu dem Gegenstand
ermöglicht, kann die Werkstückaufnahme prinzipiell
feststehend sein. In einigen Ausführungsbeispielen kann
der Boden einer Werkhalle oder dergleichen die Werkstückaufnahme bilden.
Letzteres ist von Vorteil, wenn die zu inspizierenden Gegenstände
selbstfahrend sind und/oder auf einer Palette oder einem Transportwagen
in den tunnelförmigen Inspektionsraum transportierbar sind.
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Die
Anordnung mit den zumindest zwei Querträgern und den Längsträgern
ermöglicht einen modularen und skalierbaren Aufbau und
infolge dessen eine kostengünstige Realisierung.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit ist in bevorzugten Ausgestaltungen dazu
ausgebildet, die Lichtquellen und die Kamera so anzusteuern, dass
die zu inspizierende Oberfläche in zumindest vier verschiedenen
Positionen relativ zu einem definierten Hell-Dunkel-Muster aufgenommen
wird, d. h. dass zumindest vier Bilder der zu inspizierenden Oberfläche
vorliegen, in denen sich ein definiertes Hell-Dunkel-Muster an vier
verschiedenen Positionen relativ zu der Oberfläche befindet.
Das Hell-Dunkel-Muster besitzt in diesem Fall bevorzugt einen sinusförmigen Helligkeitsverlauf.
Die Auswerte- und Steuereinheit ist vorteilhaft dazu ausgebildet,
die Phasenlage des Helligkeitsverlaufs relativ zu der zu inspizierenden Oberfläche
anhand der Bilder zu bestimmen, da die Phasenlage mit einer lokalen
Neigung der Oberfläche korreliert. Anhand der lokalen Neigungen
lassen sich verschiedene Oberflächendefekte an glänzenden
Oberflächen mit einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit
detektieren.
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Insgesamt
beruht die neue Vorrichtung auf einem Konzept, das prinzipiell eine
automatisierte und daher schnelle und zuverlässige Oberflächeninspektion
an verschiedenen und verschieden großen Gegenständen
ermöglicht. Aufgrund des modularen und weitgehend skalierbaren
Konzepts kann die neue Vorrichtung für unterschiedliche
Anwendungen kostengünstig realisiert werden. Die Vorrichtung kann
aufgrund der individuell ansteuerbaren Lichtquellen sehr einfach
und schnell an wechselnde Inspektionsaufgaben angepasst werden.
Aufgrund des tunnelförmigen Inspektionsraums, der ein definiertes und
nach außen abgegrenztes Inspektionsvolumen bildet, kann
die Vorrichtung recht problemlos in realen Produktionsumgebungen
eingesetzt werden, was eine fertigungsnahe Qualitätskontrolle
ermöglicht. Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig
gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die neue Vorrichtung eine
Vielzahl von zueinander baugleichen Lichtmodulen, die zwischen der
Mattscheibe und den Längsträgern angeordnet sind,
wobei jedes Lichtmodul eine Vielzahl der Lichtquellen aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die baugleichen Lichtmodule jeweils
eine Vorderseite besitzen, die vollständig mit Lichtquellen
bedeckt ist.
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Die
Anordnung der Lichtmodule zwischen der Mattscheibe und den Längsträgern
ermöglicht eine ungestörte, schattenfreie Erzeugung
der Hell-Dunkel-Mustern auf der Mattscheibe. Dies ist von Vorteil,
um weitgehend beliebige Hell-Dunkel-Muster erzeugen und über
die Mattscheibe ”wandern” lassen zu können.
Aus demselben Grund ist es von Vorteil, wenn die Vorderseiten der
Lichtmodule vollständig mit Lichtquellen bedeckt sind und
zusammen eine weitgehend homogene Fläche bilden, auf der
die Lichtquellen mit gleichmäßigen seitlichen
Abständen zueinander in Reihen und Spalten angeordnet sind.
Die Verwendung von baugleichen Lichtmodulen reduziert dabei die
Produktions- und Wartungskosten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzen die Lichtmodule einen metallischen
Trägerkörper mit einer Länge, die in
etwa gleich dem definierten Längsabstand ist, wobei der
Trägerkörper eine Vorderseite besitzt, an der
die Lichtquellen angeordnet sind, sowie eine Rückseite,
an der Kühlrippen ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die
Lichtquellen auf einer dünnen, flexiblen und wenig eigensteifen
Trägerfolie angeordnet, die direkt auf die Vorderseite
des Kühlkörpers geklebt ist.
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In
dieser Ausgestaltung besitzen die Lichtmodule einen metallischen,
vorzugsweise eigensteifen und damit selbsttragenden Trägerkörper,
der eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. An
der Rückseite des Trägerkörpers sind
Kühlrippen ausgebildet, vorzugsweise integral, und außerdem
bevorzugt in Längsrichtung verlaufend. Letzteres hat zur
Folge, dass die Kühlrippen aller Lichtmodule radial nach
außen weisen. Die Vielzahl der Lichtmodule bildet somit einen
integrierten Kühlkörper, der einen direkten Wärmeübergang
und einen definierten Luftstrom über die Lichtmodule fördert.
Das Anordnen der Lichtquellen auf einer dünnen Trägerfolie
und das direkte Verkleben dieser Folie auf den Kühlkörper
trägt ebenfalls sehr vorteilhaft zu dem guten Wärmetransport
bei. In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung
ist auf einer der Kühlrippen eine Leiterplatte, die die
Steuer- und Treiberschaltkreise zum Ansteuern der Lichtquellen beinhaltet,
direkt angeordnet. Ferner ist es bevorzugt, dass die Trägerfolie
mit den Lichtquellen an zumindest einer Seite integrale (einstückig
mit der Trägerfolie verbundene) Laschen besitzt, die um
den Kühlkörper herumgebogen und mit der Leiterplatte
verbunden sind. Diese Varianten ermöglichen einen sehr
kompakten elektrischen Anschluss der Lichtquellen an die Steuerelektronik.
Zudem können die Lichtquellen leicht montiert werden und
es wird eine maximal große thermische Kopplung der Lichtquellen
an den Kühlkörper erreicht.
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Diese
Ausgestaltungen sind jeweils für sich und in Kombination
sehr vorteilhaft, um eine wünschenswert große
Anzahl von separaten, individuell ansteuerbaren Lichtquellen mit
geringen seitlichen Abständen unterzubringen und stabil
zu betreiben. Wie sich in praktischen Versuchen gezeigt hat, ist
es schwierig, eine effiziente Kühlung für viele
Lichtquellen in einem kompakten und für die flexible Mustererzeugung
optimierten Design zu integrieren. Die vorliegenden Ausgestaltungen
haben sich in dieser Hinsicht als sehr vorteilhaft erwiesen, da
sie eine direkte Wärmeableitung radial nach außen
und in Längsrichtung begünstigt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Lichtmodule in Längsrichtung
schwimmend an den Querträgern gelagert. In einem Ausführungsbeispiel sind
die Lichtmodule jeweils an einem ersten Ende in einem Festlager
und an einem entgegengesetzten zweiten Ende über ein federbelastetes
Loslager gelagert.
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In
dieser Ausgestaltung werden die zumindest zwei Querträger
im Wesentlichen oder sogar ausschließlich mit Hilfe der
Längsträger in dem definierten Längsabstand
gehalten. Die Lichtmodule erstrecken sich zwar von einem Querträger
zum anderen. Sie sind jedoch davon befreit, die Querträger mechanisch
in dem Längsabstand zu fixieren. Eine schwimmende Lagerung
der Lichtmodule mit einem federbelasteten Loslager ermöglicht
auf einfache und kostengünstige Weise eine definierte Ausrichtung
der Lichtquellen, erlaubt jedoch eine Ausdehnung der Lichtmodule
in Längsrichtung. Diese Ausdehnung wird begünstigt,
wenn die Länge der einzelnen Lichtmodule wesentlich größer
ist als deren Breite. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Länge der Lichtmodule in Längsrichtung
um den Faktor 10 oder mehr größer als die Breite,
gemessen jeweils an der Vorderseite der Lichtmodule, an der die
Lichtquellen angeordnet sind. Solche Proportionen der Lichtmodule
begünstigen eine thermisch bedingte Ausdehnung in Längsrichtung,
die durch ein federbelastetes Loslager weitgehend spannungsfrei
kompensiert werden kann. Überraschenderweise ist eine bewegliche
Lagerung der Lichtquellen akzeptable, obwohl sich dadurch die Muster
auf der Mattscheibe verändern können. Die Ausgestaltungen
tragen vorteilhaft dazu bei, thermisch bedingte Spannungen innerhalb
der neuen Vorrichtung zu reduzieren.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt jedes Lichtmodul zwei in Längsrichtung
parallele Reihen von Lichtquellen, die separat ansteuerbar sind.
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Prinzipiell
könnte jedes Lichtmodul an seiner Vorderseite lediglich
eine Reihe von Lichtquellen oder mehr als zwei Reihen mit separat
ansteuerbaren Lichtquellen besitzen. Zwei Reihen sind jedoch von
Vorteil, weil sie einerseits eine höhere Integrationsdichte
im Vergleich zu Lichtmodulen mit lediglich einer Reihe von Lichtquellen
bieten. Andererseits besitzen zwei parallele Reihen den Vorteil,
dass sich Kreise mit nahezu beliebigen Radien quer zu den parallelen
Reihen definieren lassen. Dies macht es möglich, alle separat
ansteuerbaren Lichtquellen in einem optimalen radialen Abstand zu
der Mattscheibe zu positionieren, und zwar weitgehend unabhängig
vom tatsächlichen Innenradius der Mattscheibe. Daher ist
diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft für eine Skalierung
der neuen Vorrichtung. Egal wie groß der Innenradius des
tunnelförmigen Inspektionsraums gewählt wird,
die Lichtmodule können aufgrund dieser Ausgestaltung stets
in einem optimalen Abstand zu der Mattscheibe positioniert werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Lichtquellen mit jeweils gleichen
radialen Abständen zu der Mattscheibe angeordnet.
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Dies
sichert eine gleichbleibend hohe Detailtreue und Genauigkeit der
Hell-Dunkel-Muster.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besitzt jedes Lichtmodul
an seiner Vorderseite vier Reihen mit Lichtquellen, wobei jeweils
vier Lichtquellen aus zwei benachbarten Reihen, die ein quadratisches
4-Tupel bilden, gemeinsam angesteuert sind. Jedes 4-Tupel bildet
hier eine virtuelle Lichtquelle mit der vierfachen Lichtleistung
einer einzelnen Lichtquelle.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht eine sehr kostengünstige
Realisierung von universell einsetzbaren Lichtmodulen, und sie trägt
daher zu einer besonders kostengünstigen Realisierung der
neuen Vorrichtung bei.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Mattscheibe eine milchglasartige
Mattscheibe.
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In
dieser Ausgestaltung ist die Mattscheibe eine lichtdurchlässige,
jedoch undurchsichtige und vorzugsweise diffus streuende Mattscheibe.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Mattscheibe eine
biegsame Kunststoffplatte sein, insbesondere aus Plexiglas (PMMA)
oder einem vollvolumigen PTFE-Material. Eine milchglasartige Mattscheibe ”mischt” aufgrund
ihrer Streucharakteristik die Lichtstrahlung von benachbarten Lichtquellen,
was zum Erzeugen von Hell-Dunkel-Mustern mit weichen Hell-Dunkel-Übergängen
sehr vorteilhaft ist. Wie sich in Untersuchungen der Anmelderin
gezeigt hat, eignen sich solche Hell-Dunkel-Muster besonders gut
für eine umfassende Inspektion von glänzenden
Oberflächen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist die Mattscheibe an den Querträgern
schwimmend gelagert.
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In
dieser Ausgestaltung ist lediglich der Radius der Mattscheibe durch
die Querträger fixiert. Im übrigen kann sich die
Mattscheibe in Längsrichtung und/oder tangential zur Längsrichtung
bewegen. Diese Ausgestaltung ist von großem Vorteil, um
thermische Spannungen in der Vorrichtung zu reduzieren. Darüber
hinaus hat sich gezeigt, dass eine schwimmende Lagerung der Mattscheibe
in Längs- und/oder Tangentialrichtung keinen spürbar
negativen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Detektionssicherheit beim
Inspizieren von glänzenden Oberflächen nach sich
zieht. Ungeachtet dessen können Ausführungsbeispiele
der neuen Vorrichtung beinhalten, dass die Mattscheibe mit einem
Positionsdetektor gekoppelt ist, der eine Größen-
und/oder Lageänderung der Mattscheibe detektiert. Ein solcher
Positionsdetektor kann beispielsweise mit Hilfe von Referenzmarken realisiert
sein, die auf der Mattscheibe angeordnet sind. Mit diesen Ausführungsbeispielen
lässt sich eine Temperaturkompensation realisieren, die
eine thermisch bedingte Änderung der Hell-Dunkel-Muster
kompensiert. Die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele
der neuen Vorrichtung kommen jedoch ohne eine solche Temperaturkompensation aus,
insbesondere wenn der Radius der Mattscheibe durch die Querträger
fixiert ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weisen die Querträger Halteklammern
auf, die dazu ausgebildet sind, die Mattscheibe austauschbar zu
fixieren. In einigen Ausführungs beispielen ist die Mattscheibe
eine biegsame Platte, die mit Hilfe der Querträger in einem
definierten Radius gehalten wird. In anderen Ausführungsbeispielen
ist die Mattscheibe auf Maß vorgebogen. Vorteilhafterweise
fluchten die kreissegmentförmigen Ausschnitte der zumindest
zwei Querträger in Längsrichtung miteinander,
was ein einfaches Einschieben der Mattscheibe in die Ausschnitte erleichtert.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Querträger und
die Halteklammern so ausgebildet sind, dass die Mattscheibe einstückig
in die weitgehend kreissegmentförmigen Ausschnitte einschiebbar
ist.
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Bei
der neuen Vorrichtung wird der tunnelförmige Inspektionsraum
im Wesentlichen von der lichtdurchlässigen Mattscheibe
begrenzt. Daher ist die Mattscheibe anfällig für
Verschmutzungen, die in einer realen Produktionsumgebung nur mit
großem Aufwand zu vermeiden sind. Andererseits beeinflusst eine
Verschmutzung der Mattscheibe die Qualität der Hell-Dunkel-Muster.
Daher ist es von Vorteil, wenn die Mattscheibe einfach und schnell
ausgetauscht werden kann, was die vorliegende Ausgestaltung in komfortabler
Weise ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Vorrichtung eine Vielzahl
von Lüftern, die an den Längsträgern
angeordnet sind. Vorzugsweise besitzt jeder Längsträger
zumindest einen Lüfter, der einen definierten Luftstrom
radial nach innen erzeugt.
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Diese
Ausgestaltung ist von Vorteil, weil die Lüfter die Längsträger
thermisch stabilisieren. Da die Längsträger andererseits
dazu dienen, die Querträger in dem definierten Längsabstand
zu halten, trägt diese Ausgestaltung vorteilhaft dazu bei,
thermisch bedingte Spannungen zu reduzieren. Diese Ausgestaltung
ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einer schwimmend gelagerten
Mattscheibe und/oder schwimmend gelagerten Lichtmodulen, weil dann
die Stabilität in Längsrichtung vor allem durch
die direkt gekühlten Längsträger gewährleistet
wird. Die Lüfter saugen frische Kühlluft vorteilhaft
von außen an und blasen sie über die Lichtmodule
wieder nach außen. Bevorzugt wird die frische Kühlluft über
Luftfilter angesaugt, um das Einblasen von Staubpartikeln in die Vorrichtung
zu vermeiden. Alternativ könnten die Lüfter frische
Kühlluft auch über die Lichtmodule ansaugen und
die warme Abluft nach außen blasen. Das Ansaugen und Einblasen
der frischen Kühlluft ist jedoch bevorzugt, weil es als
positiven Nebeneffekt eine stetige Reinigung der Vorrichtung erzeugt,
indem in der Vorrichtung vorhandene Schmutzpartikel nach außen
geblasen werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung bilden die Längsträger
eine weitgehend geschlossene Hülle, die in etwa konzentrisch
zu der Mattscheibe angeordnet ist.
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Auch
diese Ausgestaltung ist sehr vorteilhaft, um einen thermisch stabilen
und weitgehend spannungsfreien Aufbau der neuen Vorrichtung zu ermöglichen.
Die Längsträger bilden eine geschlossene Hülle,
die einen definierten und strömungstechnisch optimierten
Kühlluftstrom vorbei an den heißen Lichtquellen
ermöglicht.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Querträger vertikal übereinander
angeordnet.
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In
dieser Ausgestaltung beinhaltet die neue Vorrichtung einen ”stehenden
Tunnel” bzw. eine tunnelartige Säule, die den
Inspektionsraum bildet. Die Zuführung von Gegenständen
in den Inspektionsraum kann vorteilhaft von unten oder durch einen seitlichen
Zugang erfolgen. Alternativ kann die neue Vorrichtung mit einem ”liegenden” Tunnel
und auch mit einem in Längsrichtung seitlich offenen Tunnel realisiert
werden. Letzteres ist vorteilhaft, wenn der Prüfling und/oder
die zumindest eine Kamera an einem Roboterarm angeordnet sind, der
an der offenen Tunnellängsseite entlangfahren kann. Ein
stehender Tunnel ermöglicht demgegenüber eine
sehr kompakte Vorrichtung mit einem kleinen ”footprint”.
Darüber hinaus ist ein stehender Tunnel auch für
eine effiziente Kühlung von Vorteil, insbesondere wenn
die einzelnen Lichtmodule in Längsrichtung verlaufende Kühlrippen
besitzen, weil sich in diesem Fall ein Kamineffekt einstellt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt die Vorrichtung einen Querbalken,
an dem die zumindest eine Kamera angeordnet ist, wobei der Querbalken
in Längsrichtung außerhalb des tunnelförmigen
Inspektionsraums angeordnet ist. In bevorzugten Varianten ist der
Querbalken an einem der Querträger befestigt. Vorteilhafterweise
besitzt der Querträger eine Vielzahl von vorbereiteten
Montagepositionen, an denen der Querbalken befestigt werden kann.
Diese Ausgestaltung ermöglicht einerseits einen variablen
Blickwinkel der Kamera in den tunnelförmigen Inspektionsraum.
Anderseits ermöglicht sie einen einfachen Austausch der
Mattscheibe in Längsrichtung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt die zumindest eine Kamera eine
optische Achse, die weitgehend senkrecht zu der Längsrichtung
angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel besitzt die Vorrichtung
mehrere Kameras, von denen eine senkrecht zu der Längsrichtung
in den Inspektionsraum blickt. Diese Kamera kann vorteilhaft eine
Zeilenkamera sein, wenn die Werkstückaufnahme eine Drehbewegung
des Gegenstandes um einen Achse parallel zu der Längsrichtung
ermöglicht. Letzteres ist insbesondere bevorzugt, wenn
die Zeilenkamera durch einen schmalen Schlitz zwischen den Lichtquellen
in den Inspektionsraum blickt.
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Diese
Ausgestaltungen ermöglichen eine sehr schnelle und flexible
Aufnahme von Bildern der zu inspizierenden Oberfläche mit
dem Hell-Dunkel-Muster.
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In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Vorrichtung zumindest
eine Abschlussplatte, die den tunnelförmigen Inspektionsraum
in der Längsrichtung verschließt, wobei die Abschlussplatte
eine in den Inspektionsraum gerichtete Innenseite besitzt, die dazu
ausgebildet ist, ein weiteres Muster mit hellen und dunklen Bereichen
zu erzeugen. Die Innenseite der Abschlussplatte kann mit Spiegeln
versehen sein, die ein mit Hilfe der Lichtquellen erzeugtes Hell-Dunkel-Muster
auf die zu inspizierende Oberfläche reflektieren. Alternativ
oder in Ergänzung dazu kann die Innenseite mit weiteren
Lichtquellen versehen sein, die einzeln oder in kleinen Gruppen
ansteuerbar sind. Prinzipiell kann die Innenseite auch mit einem
definierten Hell-Dunkel-Muster bedruckt sein, das mit Hilfe der
vorhandenen Lichtquellen angeleuchtet wird. Diese Ausgestaltungen
sind von Vorteil, um eine Inspektion von Oberflächen zu
ermöglichen, die weitgehend quer oder nahezu parallel zu der
Längs richtung des Inspektionsraums angeordnet sind. Die
Abschlussplatte vereinfacht daher eine schnelle und umfassende Inspektion
von beliebig geformten Gegenständen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der neuen Vorrichtung,
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2 die
Vorrichtung aus 1 in einer Ansicht von schräg
hinten, wobei einige Teile aus Gründen der Übersichtlichkeit
weggelassen sind,
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3 eine
vergrößerte Detailansicht der Vorrichtung aus 1 und 2,
und
-
4 eine
perspektivische Darstellung eines Lichtmoduls, das in der Vorrichtung
aus 1 zum Einsatz kommt.
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In
den 1 bis 3 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Vorrichtung 10 ist hier in Form eines ”stehenden
Tunnels” bzw. in Form einer Säule mit einem vertikalen, tunnelförmigen
Inspektionsraum realisiert. Abweichend hiervon kann die Vorrichtung 10 in
anderen Ausführungsbeispielen mit einem ”liegenden
Tunnel” bzw. mit einem in horizontaler Richtung verlaufenden Inspektionsraum
realisiert sein. Es ist auch denkbar, den tunnelförmigen
Inspektionsraum mit Hilfe von zwei oder mehr zangenartigen Teilen
zu realisieren, die geöffnet und geschlossen werden können.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft,
wenn der tunnelförmige Inspektionsraum rundherum geschlossen
sein soll. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ist
der ”vertikale Tunnel” jedoch am oberen und unteren Ende
offen. Des Weiteren besitzt die Vorrichtung 10 hier einen
seitlichen Zugang in den Inspektionsraum.
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Die
Vorrichtung 10 besitzt einen oberen Querträger 12 und
einen unteren Querträger 14. Die Querträger 12, 14 sind
hier C-förmig mit einer Bogenlänge von etwas mehr
als 180°. Die Querträger 12, 14 werden über
eine Vielzahl von Längsträgern 16 in einem
definierten Längsabstand D gehalten, der eine Längsrichtung 17 definiert.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Längsträger 16 rechteckige
Metallplatten. Die Mehrzahl der Metallplatten besitzt eine obere Öffnung 18,
eine mittlere Öffnung 20 und eine untere Öffnung 22.
Die mittlere Öffnung 20 ist hier kreisrund und
dient zur Montage eines Lüfters 24. Die obere und
untere Öffnung 18, 22 sind hier in etwa
rechteckig. Die Lüfter 24 saugen kalte Frischluft
von außen an (vorzugsweise durch einen hier nicht dargestellten Luftfilter,
der über dem Lüfter 24 montiert wird)
und blasen sie als Kühlluft durch die mittlere Öffnung 20 in
die Vorrichtung 10 ein. Die Öffnungen 18, 22 dienen
als Auslassöffnungen, über die die warme Abluft wieder
nach außen gelangt. Die Lüfter 24 erzeugen somit
einen definierten Luftstrom, der eine effiziente Kühlung
der weiter unten noch beschriebenen Lichtquellen ermöglicht.
Die effiziente Kühlung wird hier durch die plattenförmige
Ausbildung der Längsträger 16 unterstützt,
da die geschlossenen Plattenbereiche der Längsträger 16 eine
weitgehend geschlossene Hülle 26 bilden, die in
etwa konzentrisch zu dem tunnelförmigen Inspektionsraum
angeordnet ist (3).
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Realisierung weist jeder Längsträger 16 unterhalb
der oberen Öffnung 18 und oberhalb der unteren Öffnung 22 noch
jeweils ein Montageblech 28 auf. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird an den Montageblechen 28 jeweils ein oberes (hier
nicht dargestellt) und unteres Luftleitblech 30 montiert,
das die kühle Zuluft und die aufgewärmte Abluft
voneinander trennt. Die Längsträger 16 erfüllen
hier also eine vorteilhafte Doppelfunktion. Sie sind einerseits mit
den Querträgern 12, 14 mechanisch verbunden,
um die Querträger 12, 14 fest in dem
definierten Längsabstand D zu halten. Die Querträger 12, 14 und
Längsträger 16 können miteinander
verschweißt oder, wie hier, miteinander verschraubt sein.
Darüber hinaus begrenzen die plattenförmigen Längsträger 16 den Strömungskanal
für die Kühlluft und Abluft.
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Die
Querträger 12, 14 besitzen jeweils einen weitgehend
kreissegmentförmigen Ausschnitt 32. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind die C-förmigen Querträger 12, 14 exakt
kreisringförmig ausgebildet, d. h. sie stellen ein Segment
eines Kreisrings dar. Dementsprechend liegt der Außenumfang der
Querträger 12, 14 hier konzentrisch zu
dem kreissegmentförmigen Ausschnitt 32. Kreissegmentförmige
Ausschnitte 32 sind von Vorteil, um die mit Bezugsziffer 34 bezeichnete,
lichtdurchlässige Mattscheibe in einer definierten Ausrichtung
zu halten. Die Mattscheibe 34 bildet den tunnelförmigen
Inspektionsraum 36. Prinzipiell ist es jedoch denkbar,
den tunnelförmigen Inspektionsraum 36 mit einem
Querschnitt zu realisieren, der von einer exakten Kreisform oder
von einem Kreissegment abweicht. Der Inspektionsraum 36 könnte
beispielsweise einen polygonalen Querschnitt oder einen elliptischen
Querschnitt haben.
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Wie
man in 1 erkennen kann, sind die plattenförmigen
Längsträger 16 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weitgehend konzentrisch zu dem tunnelförmigen Inspektionsraum 36 angeordnet. Mit
anderen Worten sind die Längsträger 16 in
einem definierten Radialabstand zu den kreissegmentförmigen
Ausschnitten 32 angeordnet, wobei der Radialabstand in 1 bei
der Bezugsziffer 38 angedeutet ist. Der Radialabstand ist
hier auf die Längsmittelachse 40 bezogen, die
den Mittelpunkt der kreissegmentförmigen Ausschnitte 32 schneidet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel fluchten die kreissegmentförmigen
Ausschnitte 32 entlang der Längsmittelachse 40.
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Zwischen
der Mattscheibe 34 und den Längsträgern 16 ist
eine Vielzahl von Lichtmodulen 42 angeordnet. Wie in 4 dargestellt
ist, besitzt jedes Lichtmodul 42 hier einen eigensteifen
und selbsttragenden metallischen Trägerkörper 44 mit
einer Vorderseite 46. An der Vorderseite 46 sind
eine Vielzahl von Lichtquellen 48 angeordnet. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind die Lichtquellen 48 auf
einer flexiblen Trägerfolie 47 angeordnet, wie
sie üblicherweise zur Realisierung von flexiblen Leiterbahnen
verwendet wird, etwa zum elektrischen Anschluss von klappbaren Notebook-Displays.
Die Trägerfolie 47 ist hier mit einem wärmeleitfähigen
Klebstoff direkt auf die Vorderseite 46 des Trägerkörpers 44 aufgeklebt.
Die Lichtquellen erhalten also erst durch den eigensteifen Trägerkörper
ihre definierte Ausrichtung. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist
die gesamte Vorderseite 46 jedes Lichtmoduls 42 gleichmäßig
mit Lichtquellen 48 bedeckt, die zueinander gleiche seitliche
Abstände aufweisen. Die Lichtquellen 48 sind hier
in einer Matrix angeordnet, die vier Spalten in Längsrichtung 17 und
vierundsechzig Zeilen quer dazu beinhaltet. In dem derzeit bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind die Lichtquellen 48 weiße
LEDs, die an der Trägerfolie 47 befestigt sind.
Jeweils vier LEDs, die die Eckpunkte eines Quadrates bilden, sind
zu einem 4-Tupel 49 zusammengefasst. Die LEDs 48 in
jedem 4-Tupel 49 sind elektrisch in Reihe geschaltet und
somit nur gemeinsam ansteuerbar, so dass sie wie eine virtuelle
Lichtquelle mit einer vierfach höheren Lichtintensität
wirken. Die Reihenschaltung ist gegenüber einer ebenfalls
möglichen Parallelschaltung bevorzugt, weil dann alle LEDs
eines 4-Tupels 49 von demselben Strom durchflossen sind
und infolge dessen gleichmäßig hell leuchten.
Die 4-Tupel 49 sind in zwei parallelen Reihen 50, 51 angeordnet,
die sich über die Länge L-L' der Lichtmodule 42 erstrecken.
Innerhalb der beiden Reihen 50, 51 ist jedes 4-Tupel 49 individuell
ansteuerbar. Ebenso sind die 4-Tupel 49 aus unterschiedlichen
Reihen 50, 51 separat ansteuerbar. Vorteilhaft
können die LEDs 48 nicht nur an- und ausgeschaltet
werden, sondern auch in ihrer Helligkeit von 0% bis 100% verändert
werden.
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In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen besitzt jedes Lichtmodul
zwei separate Spannungsversorgungen 52. Die 4-Tupel 49 jeder
Reihe 50, 51 sind abwechselnd an die eine oder
an die andere Spannungsversorgung angeschlossen, so dass zwei nebeneinander
liegende 4-Tupel 49 jeweils an unterschiedliche Spannungsversorgungen
angeschlossen sind. Mit anderen Worten sind die 4-Tupel 49 der
beiden Reihen 50, 51 in zwei gegenläufigen „Zick-Zack”-Reihen
verschaltet. Dies ist von Vorteil, um schachbrettartige Hell-Dunkel-Muster
zu erzeugen, die sich für bestimmte Oberflächeninspektionen besonders
gut eignen.
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An
der Rückseite 53 des Trägerkörpers 44 sind
eine Anzahl von Kühlrippen 54, 56 ausgebildet, die
sich hier über die gesamte Länge L-L' der Lichtmodule 42 erstrecken.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt jedes
Lichtmodul 42 drei Kühlrippen, wobei eine außen
liegende (untere) Kühlrippe 56 eine größere
Oberfläche besitzt als die beiden daneben liegenden Kühlrippen 54.
Die Kühlrippe 56 ragt also über die Kühlrippen 54 radial
nach hinten heraus. Auf der Kühlrippe 56 ist eine
konventionelle Leiterplatte 58 angeordnet, vorteilhaft
auf einer wärmeleitfähigen Paste. Die Leiterplatte 58 trägt
die Ansteuerelektronik für die Lichtquellen 48.
Die Ansteuerelektronik beinhaltet unter anderem die beiden separaten
Spannungsquellen 52 sowie einen Mikroprozessor 60 mit
zugehörigem Speicher 61. Der Speicher 61 beinhaltet
hier einen nullspannungssichereren Speicher, in dem unter anderem
eine Vielzahl von Musterfragmenten vordefiniert abgespeichert werden können.
Die Musterfragmente aller Lichtmodule 42 ergänzen
sich zu einem definierten Gesamtmuster, das mit Hilfe der Lichtquellen 48 auf
der Mattscheibe 34 erzeugt werden kann. Mit anderen Worten
repräsentieren die Musterfragmente in den Speichern 61 die
Ansteuerinformationen, die jedes einzelne Lichtmodul 42 benötigt,
um die Lichtquellen 48 jeweils so anzusteuern, dass sich
ein definiertes Gesamtmuster auf der Mattscheibe 34 ergibt.
Vorteilhaft besitzt jedes Lichtmodul 42 einen Busanschluss, über
den die Musterfragmente in die Speicher 61 geladen werden können.
Des weiteren ist es von Vorteil, wenn jedes Lichtmodul eine zusätzliche,
separate Steuerleitung 63 besitzt, die dazu ausgebildet
ist, ein Triggersignal zum sequentiellen Durchschalten der verschiedenen Musterfragmenten
im Speicher 61 zu erzeugen. Die Bereitstellung einer separaten
Steuerleitung 63 ermöglicht einen einheitlichen,
synchronen „Hardwaretrigger” zum gleichzeitigen
Umschalten der Musterfragmente aller Lichtmodule 42, was
vorteilhaft ist, um sehr schnell zwischen verschiedenen Mustern
zu wechseln. Vorteilhaft sind die Steuerleitungen 63 aller
Lichtmodule 42 elektrisch miteinander verbunden.
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Des
weiteren ist es von Vorteil, wenn in dem nullspannungssichereren
Speicher individuelle Kalibrierdaten für jedes Lichtmodul
gespeichert sind. Mit Hilfe solcher Kalibrierdaten kann die Strahlungsintensität
aller Lichtmodule 42 sehr einfach aneinander angepasst
werden, was zu sehr gleichmäßigen Mustern beiträgt.
Bevorzugt ist außerdem zumindest ein Temperatursensor 65 auf
der Vorderseite 46 der Trägerfolie 47 zwischen
den Lichtquellen 48 angeordnet. Der Temperatursensor 65 dient
dazu, eine thermische Überlastung der Lichtmodule zu vermeiden.
Außerdem wird er vorteilhaft für eine online-Kalibrierung der
Lichtmodule 42 verwendet.
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Die
Trägerfolie 47 besitzt hier zwei integrale Laschen 66,
die über die obere Kühlrippe 54 zu der Leiterplatte 58 geführt
sind. Die integralen Laschen 66 beinhalten Leiterbahnen
(hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht
gezeigt), mit denen die Lichtquellen 48 an die Ansteuerelektronik
angeschlossen sind.
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Jedes
Lichtmodul 42 besitzt ein oberes Ende 62 und ein
unteres Ende 64. An den Enden 62, 64 sind
hier jeweils Schraubzapfen 67 angeordnet, mit deren Hilfe
die Lichtmodule 42 an den Querträgern 12, 14 befestigt
werden können. 3 zeigt in der vergrößerten
Darstellung, wie die Lichtmodule 42 in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Schraubzapfen 67 montiert
werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die
Lichtmodule 42 an den Querträgern 12, 14 in
Längsrichtung 17 schwimmend gelagert, d. h. die
Lichtmodule 42 können sich in Längsrichtung 17 ausdehnen
oder zusammenziehen, ohne dass es zu mechanischen Spannungen innerhalb
der Vorrichtung 10 kommt. Vorteilhaft wird dies hier durch
ein Festlager und ein Loslager in Längsrichtung 17 erreicht.
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Wie
man in 3 weiter erkennen kann, bilden die Kühlrippen 54, 56 Kühlkanäle,
die parallel zu der Längsrichtung 17 verlaufen
und sich radial von innen nach außen aufweiten. Die Kühlkanäle
sind radial außen von der Hülle 26 bedeckt,
die mit Hilfe der Lüfter 24 einen definierten
Luftstrom durch die Öffnungen 18, 20, 22 erzeugt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind außerdem
Kühlluftauslässe 68 in den Querträgern 12, 14 angeordnet.
Die Kühlluftauslässe 68 sind vorteilhaft
direkt oberhalb der Kühlrippen 54, 56 angeordnet.
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Wie
man anhand 3 weiter erkennen kann, sind
an den Querträgern 12, 14 eine Anzahl Halteklammern 70 angeordnet,
die im vorliegenden Fall um den jeweiligen kreissegmentförmigen
Ausschnitt 32 verteilt sind. Die Halteklammern 70 sind hier
U-förmige Elemente, die dazu ausgebildet sind, die Mattscheibe 34 austauschbar
zu fixieren. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
lässt sich die Mattscheibe 34 tangential von der
seitlichen Öffnung des Inspektionsraums 36 her
in die Halteklammern 70 einschieben. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel ist die Mattscheibe 34 eine
biegsame Kunststoffplatte aus Plexiglas. In einem anderen Ausführungsbeispiel
besteht die Mattscheibe aus einem vollvolumigen, lichtdurchlässigen,
aber undurchsichtigen PTFE-Material. Es könnte auch eine
andere, vorzugsweise milchglasartige Kunststoffplatte sein. Die
Kunststoffplatte wird durch Einschieben in die Halteklammern 70 in
die Kreisform der Ausschnitte 32 gebracht. Die innere Materialspannung
der Kunststoffplatte drückt die Mattscheibe 34 radial
nach außen, so dass die Mattscheibe 34 mit Hilfe
der Querträger 12, 14 und der Halteklammern 70 in
einer radial fixierten Position gehalten wird. Tangential kann sich
die Mattscheibe 34 ausdehnen oder zusammenziehen. Des Weiteren
bieten die Halteklammern 70 in Längsrichtung 17 ein
gewisses Spiel, so dass die Mattscheibe 34 in dem hiesigen
Ausführungsbeispiel auch in Längsrichtung schwimmend
gelagert ist.
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Mit
Bezugsziffer 72 ist in 3 ein Querbalken
bezeichnet, an dem eine Kamera 74 angeordnet ist. Eine
weitere Kamera 74' kann an einem weiteren Balken 76 angeordnet
sein. Die Kameras 74, 74' sind in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel Flächenkameras, d. h. Kameras
mit einem flächenartigen Bildsensor mit einer Vielzahl
von matrixartig angeordneten Pixeln. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
besitzt die Vorrichtung 10 außerdem eine weitere
Kamera 78, die in einem Gehäuse auf der Rückseite
der Vorrichtung 10 angeordnet ist. Die Kamera 78 ist
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Zeilenkamera
mit einem zeilenförmigen Bildsensor. Die optische Achse 80 der
Zeilenkamera 78 ist hier genau senkrecht zu der Längsmittelachse 40 angeordnet.
Ebenso verläuft die optische Achse 80 der Kamera 74' hier
quer, jedoch nicht notwendigerweise exakt senkrecht zu der Längsmittelachse 40 der
Vorrichtung 10. Demgegenüber blickt die Kamera 74 hier annähernd
parallel zu der Längsmittelachse 40 von außen
in den tunnelförmigen Inspektions raum 36. Die
Kameras 74, 74' sind vorteilhaft verschwenkbar, so
dass die Blickrichtung in den Inspektionsraum 36 variiert
werden kann.
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Wie
in 3 ferner dargestellt ist, ist der Querbalken 72 außerhalb
des Inspektionsraums 36 an dem Querträger 12 befestigt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der
Querträger 12 vordefinierte Montagepositionen
für den Querbalken 72 und die Kamera 74 ist
entlang des Querbalkens 72 verschiebbar. Die vordefinierten,
indexierte Montagepositionen für den Querbalken 72 ermöglichen
eine einfache Montage und Demontage der Kamera 74, beispielsweise
zum Austausch der Mattscheibe 34 oder aus anderen Gründen.
Aufgrund der indexierten Montagepositionen kann die Kamera 74 schnell
wieder in die ursprüngliche Position gebracht werden. Es
ist auch denkbar, dass die Position und Blickrichtung der Kameras 74, 74' mit
Hilfe eines Roboters variiert wird, an dem die Kameras 74, 74' montiert
sind.
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Mit
der Bezugsziffer 82 ist in 3 eine Abschlussplatte
bezeichnet, die in bevorzugten Ausführungsbeispielen in
dem Ausschnitt 32 des Querträgers 12 befestigt
werden kann, um den tunnelförmigen Inspektionsraum 36 nach
oben hin zu verschließen. Eine entsprechende Abschlussplatte 82 kann am
unteren Ende des Inspektionsraums 36 montiert werden. In
einem Ausführungsbeispiel kann die Abschlussplatte 82 am
unteren Ende des Inspektionsraums 36 von einer Werkstückaufnahme
gebildet sein, auf der der zu inspizierende Gegenstand platziert
wird. Die Werkstückaufnahme (hier nicht näher dargestellt)
kann vorteilhaft an einem Lift 84 angeordnet sein, mit
dem der zu inspizierende Gegenstand von unten in den Inspektionsraum 36 transportiert werden
kann.
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Die
Abschlussplatte 82 am oberen Ende des Inspektionsraums 36 besitzt
hier eine Öffnung 86, durch die die Kamera 74 in
den Inspektionsraum 36 hineinsehen kann, wenn die Abschlussplatte 82 an dem
Querträger 12 befestigt ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist die Innenseite 88 der Abschlussplatte 82 verspiegelt
oder mit Lichtquellen 48 (hier nicht dargestellt) versehen.
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Wie
in 1 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 10 dazu
ausgebildet, mit Hilfe der Lichtquellen 48 ein Hell-Dunkel-Muster 90 auf
der Mattscheibe 34 zu erzeugen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist das Muster 90 in 1 nur ausschnittsweise
angedeutet. Eine Auswerte- und Steuereinheit, die die Lichtquellen 48 und
die Kameras 74, 78 ansteuert, ist in 1 bei
der Bezugsziffer 92 dargestellt. Es versteht sich, dass
die Auswerte- und Steuereinheit 92 auch separat von der
mechanischen Anordnung mit den Querträgern 12, 14 und
den Längsträgern 16 realisiert sein kann.
Insbesondere kann als Auswerte- und Steuereinheit 92 ein
PC mit einer geeigneten Schnittstellenhardware zum Ansteuern der
Lichtquellen 48 und Kameras 74, 78 und
ggf. zum Ansteuern des Lifts 84 verwendet werden.
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In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Auswerte-
und Steuereinheit dazu ausgebildet, mit Hilfe der Lichtquellen 48 ein
Hell-Dunkel-Muster 90 auf der Mattscheibe 34 zu
erzeugen, das einen sinusförmigen Helligkeitsverlauf beinhaltet.
Ferner ist die Auswerte- und Steuereinheit 92 dazu ausgebildet,
das Hell-Dunkel-Muster 90 mit dem sinusförmigen
Helligkeitsverlauf relativ zu der zu inspizierenden Oberfläche
zu verschieben. Dies kann entweder durch geeignete Ansteuerung der
Lichtquellen 48 elektronisch und/oder durch eine mechanische
Bewegung des zu inspizierenden Gegenstandes erfolgen. Letzteres
kann vorteilhaft mit Hilfe einer Werkstückaufnahme realisiert
sein, die um die Längsachse 40 drehbar ist (hier
nicht im Detail dargestellt).
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In
den bevorzugten Ausführungsbeispielen beinhaltet das Hell-Dunkel-Muster
90 Streifen,
die quer zur Streifenrichtung verschoben werden. Die Auswerte- und
Steuereinheit
92 ist dazu ausgebildet, mehrere Bilder der
zu inspizierenden Oberfläche mit den (relativ dazu) verschobenen
Streifenmustern
90 auszuwerten. Durch Phasenrekonstruktion
anhand der Bilder können die lokalen Neigungen der zu inspizierenden
Oberfläche bestimmt werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren
zum Auswerten der Bilder ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 063 530.5 beschrieben,
auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen ist. Des Weiteren ist
es von Vorteil, wenn die Auswerte- und Steuereinheit
92 dazu
ausgebildet ist, eine Vielzahl von überlagerten Streifenmustern
gleichzeitig zu erzeugen, wie dies in der PCT- Anmeldung mit dem
Aktenzeichen
PCT/EP 2008/005683 beschrieben
ist, auf die hier ebenfalls in vollem Umfang Bezug genommen ist.
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Wie
man anhand der 1 bis 3 erkennen
kann, sind die Querträger 12, 14 in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel weitgehend identisch, jedoch
spiegelverkehrt zueinander auf einem Gestell 94 montiert.
Das Gestell 94 ermöglicht ein einfaches Beladen
des Inspektionsraums 36 von unten mit Hilfe des Lifts 84.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Lift 84 an
ein Förderband (hier nicht dargestellt) angeschlossen, über
das zu inspizierende Gegenstände automatisch zugeführt
werden. Prinzipiell ist es denkbar, die Vorrichtung 10 so
auszubilden, dass für jeden zu inspizierenden Gegenstand oder
für jeden Typ von zu inspizierendem Gegenstand eine individuelle
Mattscheibe 34 manuell oder automatisch in die Ausschnitte 32 eingeführt
wird. Dabei können die Hell-Dunkel-Muster 90 auf
den verwendeten Mattscheiben 34 aufgedruckt oder anderweitig
dauerhaft aufgebracht sein. Die Hell-Dunkel-Muster 90 werden
dann durch eine gleichmäßige Beleuchtung mit Hilfe
der Lichtquellen 48 ”aktiviert”.
-
Des
Weiteren ist denkbar, dass die Lichtquellen 48 mit Hilfe
von organischen LEDs, sogenannten OLEDs, realisiert werden. Ferner
können innerhalb des Inspektionsraums 36 und/oder
am Boden Spiegel angeordnet sein, um beispielsweise Hinterschnitte
an zu inspizierenden Gegenständen für die Kameras 74, 78 sichtbar
zu machen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5636024 [0004]
- - DE 10317078 A1 [0005]
- - DE 19821059 C2 [0006]
- - US 6100990 [0006]
- - US 5726706 [0007]
- - DE 3712513 A1 [0007]
- - DE 102005038535 A1 [0008]
- - DE 102007063530 [0071]
- - EP 2008/005683 [0071]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Sören
Kammel mit dem Titel ”Deflektometrie zur Qualitätsprüfung
spiegelnd reflektierender Oberflächen”, erschienen
in der DE-Zeitschrift tm-technisches Messen, Ausgabe 4/2003, Seiten
193 bis 198 [0005]