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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, ein optisches Analysesystem sowie ein Verfahren zum Abtasten einer Oberfläche.
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Es gibt unterschiedliche Arten von optischen Analysesystemen zum optischen Analysieren einer Oberfläche eines Objektes.
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Die abzutastenden Objekte sind typischerweise Materialbahnen in Produktionssystemen. Die Materialbahn kann eine bedruckte Papier- oder Folienbahn oder eine andere Materialbahn, wie z.B. ein Stahlband in einem Stahlwerk sein. Das Überwachen von einem bedruckten Aufzeichnungsträger ist besonders anspruchsvoll, da die Oberfläche eine beliebige mit einem Druckgerät auftragbare Farbe annehmen kann. Dies gilt insbesondere, wenn auch Farbstoffe mit Glanzanteilen beim Bedrucken des Aufzeichnungsträgers verwendet werden.
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Soll die Farbe der Oberfläche zuverlässig abgetastet werden, dann ist es zweckmäßig eine Dunkelfeldbeleuchtung vorzusehen. Mit einer Dunkelfeldbeleuchtung wird die Oberfläche so beleuchtet, dass das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht nicht über den Glanzanteil der abzutastenden Oberfläche zu einer Kamera reflektiert werden kann.
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Es sind auch Analysesysteme zum Erfassen der Form von Objekten, die mit einem Förderband am optischen Analysesystem vorbei bewegt werden, bekannt. Solche optischen Analysesysteme weisen in der Regel eine Zeilenkamera und eine streifenförmige Lichtquelle auf, die parallel zur Zeilenkamera ausgerichtet ist. Die Anforderungen an eine solche Objekterkennung unterscheiden sich grundsätzlich von der Überwachung von flächigen Materialbahnen.
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Es gibt Anwendungen, bei welchen der für die Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung stehende Platz beschränkt ist. Bekannte kompakte Beleuchtungsvorrichtungen erzeugen meist eine sehr inhomogene Beleuchtung.
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Sollen neben der Farbe auch die Glanzanteile der Oberflächen zuverlässig erfasst werden, dann ist es zweckmäßig die abzutastende Oberfläche mit einer Dunkelfeldbeleuchtung und einer Hellfeldbeleuchtung auszuleuchten. Hierbei sollten definierte Bedingungen für die Hell- und die Dunkelfeldbeleuchtung vorliegen. Damit ist es möglich die Anteile von diffus reflektiertem Licht (nicht glänzend) von den nicht diffus reflektierenden Anteilen (glänzend) zu trennen.
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Bei herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtungen für solche optischen Analysesysteme wird meistens eine Xenon-Lampe als Leuchtmittel verwendet, mit welcher ein hoher Lichtstrom erzeugt werden kann. Will man hingegen Leuchtdioden als Leuchtmittel verwenden, die einen hohen Wirkungsgrad besitzen, deren Lichtleistung jedoch im Vergleich zu Xenon-Lampen geringer ist, dann muss der erzeugte Lichtstrom mit möglichst hoher Effizienz auf den auszuleuchten Bereich gelenkt werden.
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Bei der Verwendung von Leuchtdioden wird der auszuleuchtende Bereich in der Regel direkt beleuchtet, was den Nachteil mit sich bringt, dass das von den Leuchtdioden abgegebene Licht die Strukturen der Leuchtdioden aufweist und inhomogen ist. Insbesondere unterscheidet sich das Licht an unterschiedlichen Orten des auszuleuchtenden Bereichs bzgl. des Lichteinfallwinkels. Als Lichteinfallswinkel wird der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und einer optischen Achse des optischen Analysesystems bezeichnet unter dem der überwiegende Anteil des Lichts einfällt.
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Aus der
WO 2011/037903 A1 geht eine optische Hochgeschwindigkeitsprüfvorrichtung hervor, welche eine Anordnung von Kameras, eine kastenförmige Beleuchtungsvorrichtung mit einem entsprechenden kastenförmig ausgebildeten Lichtleiter und mehreren im Array angeordneten Lichtquellen, welche die Innenseite des kastenförmigen Lichtleiters ausleuchten, aufweist. Die Innenfläche des kastenförmigen Lichtleiters ist mit vertikal verlaufenden Rillen ausgebildet. Mit diesem kastenförmigen Lichtleiter soll eine gleichförmige dunkle Feldausleuchtung erzielt werden.
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In der
DE 690 29 561 T2 bzw.
EP 0426 182 B1 ist eine automatische, mit hoher Geschwindigkeit arbeitende optische Prüfvorrichtung beschrieben, bei welcher elliptische Spiegel zum Bündeln von Licht einer Lichtquelle auf einen Inspektionsbereich 912 vorgesehen sind.
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Die
EP 0 994 646 A1 zeigt einen kastenförmigen Reflektor für eine Dunkelfeldbeleuchtung mit mehreren Leuchtdioden und einer Kamera.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Beleuchtungsvorrichtung, ein optisches Analysesystem sowie ein Verfahren zum Abtasten einer Oberfläche zu schaffen, mit welchen eine homogene Dunkelfeldbeleuchtung selbst bei Verwendung von Leuchtmitteln mit geringem Lichtstrom, wie z.B. Leuchtdioden, erzielt wird.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für ein optisches Analysesystem zur streifenförmigen, insbesondere flächenhafte Beleuchtung eines Objektes umfasst zumindest eine zeilenförmige Lichtquelle, zwei Reflektoranordnungen zum Leiten des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes auf einen streifenförmigen Beleuchtungsbereich mit jeweils zumindest einem langgestreckten Reflektor, wobei die Reflektoranordnungen benachbart zu zwei Längskanten eines streifenförmigen Beleuchtungsbereichs und mit ihren reflektierenden Flächen einander etwa gegenüberliegend angeordnet sind, so dass zumindest ein Teil der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlen von beiden Reflektoranordnungen reflektiert werden, bevor sie den Beleuchtungsbereich erreichen. Zumindest eine der Reflektoranordnungen weist einen rinnenförmigen Reflektor auf.
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Die rinnenförmigen Reflektoren sind mit ihren Rinnen benachbart und parallel zu den Lichtquellen angeordnet, so dass das von den Lichtquellen abgestrahlte Licht zunächst auf einen der rinnenförmigen Reflektoren auftrifft. Mit den rinnenförmigen Reflektoren wird die Aufweitung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtkegels eingestellt. In der Nähe der Lichtquellen benötigt der Reflektor nur eine kleine Apertur, weshalb ein kleiner rinnenförmiger Reflektor genügt, um den gesamten Lichtkegel zu erfassen. Die Anordnung des rinnenförmigen Reflektors benachbart zur Lichtquelle erlaubt somit eine kleine und kompakte Ausbildung des rinnenförmigen Reflektors und damit eine kompakte Ausbildung der Beleuchtungsvorrichtung.
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Der rinnenförmige Reflektor weist einen elliptischen Querschnitt auf. Mit einem elliptischen Querschnitt wird eine definierte Aufweitung des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtstrahlbündels erzielt. Im Rahmen der Erfindung kann der Querschnitt des rinnenförmigen Reflektors auch einer Freiform, einem Ausschnitt eines Kreises oder eine sonstige Krümmung, entsprechen.
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Der rinnenförmige Reflektor erlaubt die Einstellung der Aufweitung des Lichtstrahlkegels, der von der Lichtquelle abgegeben wird. Ein Teil des Lichtes wird zumindest zwei Mal reflektiert an den beiden gegenüberliegenden Reflektoranordnungen. Hierdurch werden folgende Wirkungen erzielt:
- - Die Lichtquelle kann im Bereich oberhalb des abzutastenden Bereichs angeordnet sein und trotzdem gelangen ein Großteil der Lichtstrahlen unter einem flachen Winkel auf den auszuleuchtenden Bereich.
- - Durch die mehrfache Reflektion ist der Weg der Lichtstrahlen lang, obwohl der Abstand zwischen der Lichtquelle und der abzutastenden Oberfläche gering ist. Im Vergleich zu einer direkten Beleuchtung ist der Lichtweg der Lichtstrahlen von der Lichtquelle zum Objekt erheblich verlängert. Hierdurch wird eine starke und homogene Aufweitung des Lichtstrahlkegels erzielt. Dies ermöglicht die Ausleuchtung eines breiten, streifenförmigen Bereichs mit einer zeilenförmigen Lichtquelle. Der lange Lichtweg bewirkt auch eine gute Durchmischung der mehreren von den einzelnen Leuchtmitteln der Lichtquelle abgestrahlten Lichtkegel. Hierdurch werden in den einzelnen Lichtkegeln enthaltene Strukturen aufgelöst.
- - Da die zwei Reflektoranordnungen zum Leiten des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes benachbart zu zwei Längskanten eines streifenförmigen Beleuchtungsbereichs und mit ihren reflektierenden Flächen einander etwa gegenüberliegend angeordnet sind, ist die gesamte Beleuchtungsvorrichtung nur geringfügig breiter als der zu beleuchtende Beleuchtungsbereich. Hierdurch wird eine kompakte Ausbildung der Beleuchtungsvorrichtung erzielt. Zudem wird das gesamte von der Lichtquelle abgegebene Licht mit Ausnahme von Reflektionsverlusten an den Reflektoranordnungen auf den Beleuchtungsbereich gelenkt.
- - Durch die mehrfache Reflektion der meisten Lichtstrahlen an den beiden Reflektoren wird der überwiegende Anteil des Lichtes flach auf den auszuleuchtenden Bereich eingestrahlt. Die Lichteinfallswinkel des überwiegenden Anteils des Lichtes sind typischerweise größer als 25° und insbesondere größer als 30° und vorzugsweise größer als 40°. Diese Lichtquelle fungiert somit als Dunkelfeldbeleuchtung.
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Vorzugsweise sind zumindest zwei zeilenförmige Lichtquellen vorgesehen, wobei jeweils eine der Lichtquellen einen der beiden Reflektoranordnungen zugeordnet ist, so dass das von der jeweiligen Lichtquelle abgestrahlte Licht im Wesentlichen auf die Reflektoranordnung gestrahlt wird, der sie zugeordnet ist. Das Vorsehen zweier Lichtquellen bewirkt eine Erhöhung der Lichtintensität und zudem eine gleichmäßigere Ausleuchtung des Beleuchtungsbereiches, da Licht gleichmäßig von beiden Seiten des streifenförmigen Beleuchtungsbereich auf diesen gelenkt wird.
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Die beiden Lichtquellen und die beiden Beleuchtungsanordnungen sind vorzugsweise symmetrisch zueinander angeordnet. Die Symmetrieebene ist senkrecht zum streifenförmigen Beleuchtungsbereich und verläuft mittig zwischen den Längskanten des streifenförmigen Beleuchtungsbereichs.
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Beide Reflektoranordnungen können jeweils einen rinnenförmigen Reflektor aufweisen.
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Vorzugsweise sind die sich gegenüberliegenden Reflektoranordnungen etwa symmetrisch zueinander ausgebildet. Mit einer symmetrischen Reflektoranordnung ist eine symmetrische und damit sehr gleichmäßige Ausleuchtung des Beleuchtungsbereichs möglich.
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Die Reflektoranordnungen können benachbart zum Beleuchtungsbereich ebenflächige Reflektoren aufweisen. Die sich gegenüberliegenden ebenflächigen Reflektoren bilden somit einen Lichtkanal, in dem die Lichtstrahlen mehrfach hin und her reflektiert werden können. Solche ebenflächigen Reflektoren benötigen wenig Grundfläche und stehen nur geringfügig seitlich am Beleuchtungsbereich vor.
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Die Beleuchtungsvorrichtung ist vorzugsweise derart dimensioniert, dass die Lichteinfallswinkel des überwiegenden Anteils des von den Reflektoranordnungen reflektierten Lichtes zumindest 25° und insbesondere zumindest 30° und zumindest 40° bzw. 45° betragen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Reflektoranordnungen und der zeilenförmigen Lichtquelle, lässt sich bei geringem Bauraum eine gute Dunkelfeldbeleuchtung erzielen.
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Die Anforderungen an die Dunkelfeldbeleuchtung hängen von der Ebenflächigkeit der zu untersuchenden Oberfläche und dem Lichteinfallsbereich des Objektivs der Kamera ab. Je unebener die abzutastende Oberfläche ist, desto wahrscheinlicher ist, dass Glanzanteile des reflektierten Lichtes zur Kamera gelenkt werden.
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Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der von den Lichtquellen abgegebenen Lichtstrahlen an den Reflektoranordnungen zumindest dreimal reflektiert. Je häufiger das Licht reflektiert wird, desto länger ist der Lichtweg.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungsvorrichtung eine zusätzliche Lichtquelle zur Hellfeldbeleuchtung auf, die derart angeordnet ist, dass ein überwiegender Anteil der abgestrahlten Lichtmenge von dieser Lichtquelle direkt, ohne von anderen Reflektoranordnungen reflektiert zu werden, auf den Beleuchtungsbereich gestrahlt wird. Hierdurch ist es möglich, mit der einen Beleuchtungsvorrichtung sowohl eine Dunkelfeldbeleuchtung als auch eine Hellfeldbeleuchtung durchzuführen und so Glanzanteile der Oberfläche zuverlässig zu erfassen.
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Die Lichtquelle weist vorzugsweise als Leuchtmittel Leuchtdioden auf. Leuchtdioden besitzen einen hohen Wirkungsgrad, wodurch der Stromverbrauch und die Wärmeabgabe im Vergleich zu den bisher üblicherweise in solchen Beleuchtungsvorrichtungen verwendeten Xenon-Lampen gering sind. Durch die Reflektoranordnung wird das Licht fast vollständig auf den Beleuchtungsbereich gelenkt, weshalb der Wirkungsgrad der Beleuchtungsvorrichtung hoch ist. Somit ist es auch mit Leuchtdioden möglich, die eine geringere Lichtleistung als Xenon-Lampen besitzen, den Beleuchtungsbereich mit einer ausreichenden Lichtintensität selbst bei Verwendung von Leuchtdioden auszuleuchten.
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Ein erfindungsgemäßes optisches Analysesystem weist eine oben erläuterte Beleuchtungsvorrichtung und eine Kamera auf, wobei die Kamera mit Blickrichtung in Richtung zum Beleuchtungsbereich angeordnet ist. Die Kamera kann eine Zeilen- oder Flächenkamera sein. Vorzugsweise ist die Kamera eine Flächenkamera, da mit der Beleuchtungsvorrichtung der Beleuchtungsbereich gleichmäßig ausgeleuchtet wird, so dass mit der Flächenkamera der gesamte Beleuchtungsbereich auf einmal erfasst werden kann.
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Das optische Analysesystem kann mit einer Bewegungseinrichtung ausgebildet sein, so dass das optische Analysesystem entlang einer abzutastenden Oberfläche bewegt werden kann. Aufgrund des kompakten Aufbaus der Beleuchtungsvorrichtung und insbesondere der Reflektoranordnung kann ein solches optisches Analysesystem einfach mit einer Bewegungseinrichtung versehen sein, um es über die abzutastende Oberfläche zu bewegen.
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Werden ein abzutastendes Objekt und das optische Analysesystem relativ zueinander bewegt, dann wird die Lichtquelle oder werden die Lichtquellen vorzugsweise im Blitzlichtbetrieb betrieben, so dass von der abzutastenden Oberfläche Momentaufnahmen erzeugt werden. Der Beleuchtungsbereich wird vorzugsweise mit einer hohen Auflösung abgetastet. Hierbei ist es zweckmäßig, dass der Beleuchtungsbereich mit einer hohen Lichtintensität ausgeleuchtet wird. Bei einem Blitzlichtbetrieb lässt sich eine hohe Lichtintensität auch bei Verwendung von Leuchtdioden erzielen.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird eine gute Homogenität der Ausleuchtung des Beleuchtungsbereichs erzielt, da die Reflektoranordnung individuell an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden kann. Einerseits kann die Brennweite des rinnenförmigen Reflektors, insbesondere wenn der rinnenförmige Reflektor einen elliptischen Querschnitt aufweist, verändert werden. Zudem kann die Neigung des rinnenförmigen Reflektors entsprechend angepasst werden. Diese Freiheitsgrade sind bei den eingangs erläuterten Beleuchtungsvorrichtungen mit einem domförmigen Reflektor nicht vorhanden.
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Weiterhin wird das gesamte Licht bei der erfindungsgemäßen Reflektoranordnung im Wesentlichen erhalten, bis auf geringe diffuse Anteile, die zu Verlusten bei der Spiegelung an den Reflektoren führen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung liegt darin, dass die Beleuchtungsvorrichtung grundsätzlich beliebig lang ausgebildet sein kann, um einen an sich beliebig langen Beleuchtungsbereich auszuleuchten.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung wird vorzugsweise zum Beleuchten und Untersuchen von Materialbahnen in Produktionssystemen verwendet.
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Die Beleuchtungsvorrichtung dient als Dunkelfeldbeleuchtung. Wenn eine zusätzliche optionale Lichtquelle zur Hellfeldbeleuchtung vorgesehen ist, kann das Objekt abwechselnd mit einer Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet werden. Hiermit kann ein Glanzanteil der abzutastenden Oberfläche eindeutig festgestellt werden.
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Die Erfindung wird beispielhaft nachfolgend näher anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
- 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einer Querschnittsansicht,
- 2 schematisch vereinfacht die Beleuchtungsvorrichtung aus 1 mit Strahlenbündeln in einer Querschnittsansicht, und
- 3a - 3c Simulationen der Ausleuchtung eines Beleuchtungsbereichs als zweidimensionale Verteilung und in Abhängigkeit vom Lichteinfallswinkel.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 1 zur streifenförmigen, flächenhaften Beleuchtung eines Objekts 2 (1, 2) weist zwei Reflektoranordnungen 3, 4 auf. Eine jede der Reflektoranordnungen 3, 4 ist aus einem rinnenförmigen Reflektor 5 und einem ebenflächigen Reflektor 6 ausgebildet. Der rinnenförmige Reflektor 5 weist eine im Querschnitt ellipsenabschnittsförmige verspiegelte Reflektorfläche 7 auf.
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An einem Randbereich des rinnenförmigen Reflektors 5 ist jeweils eine an der Seite der Reflektorfläche 7 vorstehende Leuchtquellenhalterung 8 angeordnet. An der Leuchtquellenhalterung 8 sind als Leuchtmittel Leuchtdioden 9 vorgesehen. Die Leuchtdioden 9 sind derart an der Leuchtquellenhalterung 8 angeordnet, dass sie mit ihrer Abstrahlrichtung auf die Reflektorfläche 7 gerichtet sind (2). An dem zur Leuchtquellenhalterung 8 gegenüberliegenden Rand des rinnenförmigen Reflektors 5 schließt sich der ebenflächige Reflektor 6 an. Der ebenflächige Reflektor 6 weist eine verspiegelte Reflektorfläche 10 auf, die an der gleichen Seite wie die Reflektorfläche 7 des rinnenförmigen Reflektors 5 angeordnet ist.
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Die beiden Reflektoranordnungen 3, 4 sind mit ihren Reflektorflächen 7, 10 einander gegenüberliegend angeordnet. Weiterhin sind die beiden Reflektoranordnungen 3, 4 symmetrisch zu einer Symmetrieebene 11 der Beleuchtungsvorrichtung 1 angeordnet.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 12 mit zwei Längsseitenwandungen 13, zwei diametral gegenüberliegenden Stirnwandungen 14 und einer Bodenwandung 15 auf. Die ebenflächigen Reflektoren 6 sind senkrecht zur Bodenwandung 15 angeordnet. Die Bodenwandung 15 ist im Bereich zwischen den beiden Reflektoranordnungen 3, 4 ausgenommen und bildet eine Durchgangsöffnung 16, aus welcher Licht austreten kann. Im Bereich der Symmetrieebene 11 auf etwa halber Höhe der rinnenförmigen Reflektoren 5 ist eine Halteschiene 17 angeordnet, die sich zwischen den gegenüberliegenden Stirnwandungen 14 erstreckt. Auf der Halteschiene 17 ist eine Vielzahl von Leuchtdioden zeilenförmig angeordnet. Diese Leuchtdioden bilden somit eine parallel zur Symmetrieebene 11 verlaufende Leuchtdiodenzeile 18. Die Leuchtdiodenzeile 18 ist mit ihrer Abstrahlrichtung derart angeordnet, dass die Leuchtdioden das Licht in Richtung zur Durchgangsöffnung 16 abstrahlen. Diese Leuchtdiodenzeile 18 bildet eine Hellfeldbeleuchtung.
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An der Halteschiene 17 ist neben der Leuchtdiodenzeile 18 eine Halterung 19 für eine Kamera vorgesehen. Die Halterung 19 ist zur Aufnahme unterschiedlicher Kameratypen ausgebildet. Insbesondere kann eine Flächenkamera mit ZoomObjektiv vorgesehen sein. Die Blickrichtung der Kamera ist in Richtung zur Durchgangsöffnung 16, so dass ein sich benachbart zur Beleuchtungsvorrichtung 1 im Bereich neben der Durchgangsöffnung 16 befindliches Objekt 2 (2) mit der Kamera abgetastet werden kann. An der Bodenwandung 15 sind außenseitig Abstandselemente 20 vorgesehen, welche an dem abzutastenden Objekt 2 anliegen können, um dieses auf einem vorbestimmten Abstand zur Beleuchtungsvorrichtung 1 zu halten.
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Das von den Leuchtdioden 9 ausgestrahlte Licht wird zunächst an dem rinnenförmigen Reflektor 5 reflektiert, dem die jeweiligen Leuchtdioden 9 zugeordnet sind. Von dem rinnenförmigen Reflektor 5 wird ein Großteil des Lichts auf den ebenflächigen Reflektor 6 der gegenüberliegenden Reflektoranordnung 3, 4 gelenkt. Ein geringer Teil des von den Leuchtdioden 9 abgestrahlten Lichts wird auch direkt von dem rinnenförmigen Reflektor 5 zur Durchgangsöffnung 16 gelenkt und tritt am Rand von dieser nach außen aus.
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Das vom ebenflächigen Reflektor 6 reflektierte Licht wird zum Großteil durch die Durchgangsöffnung 16 gelenkt. Ein geringer Teil wird zurück zum gegenüberliegenden ebenflächigen Reflektor 6 gelenkt und dort nochmals reflektiert, bevor es durch die Durchgangsöffnung 16 aus der Beleuchtungsvorrichtung 1 austritt. Diese einfach, zweifach und dreifach reflektierten Lichtstrahlen bilden ein diffuses Licht mit homogener Beleuchtungsstärke. Ein vorbestimmter, streifenförmiger Bereich benachbart zur Durchgangsöffnung 16 und mit vorbestimmtem Abstand zur Durchgangsöffnung 16 wird gleichmäßig ausgeleuchtet. Dieser streifenförmige Bereich wird im Folgenden als Beleuchtungsbereich 21 (2) bezeichnet.
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Die 3a, 3b und 3c zeigen die Verteilung der Beleuchtungsstärke als Längsschnitt (3a), als zweidimensionale Verteilung (3b) und in Abhängigkeit vom Lichteinfallswinkel (3c). Als Lichteinfallswinkel wird der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und einer optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung 1 bezeichnet, wobei die optische Achse in der Symmetrieebene 11 liegt und senkrecht zum Beleuchtungsbereich angeordnet ist.
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3c zeigt die Beleuchtungsstärke an einem bestimmten Ort des Beleuchtungsbereichs 21 in Abhängigkeit vom Lichteinfallswinkel, wobei ein innerer Kreis dieses Diagramms Licht repräsentiert, das unter einem Lichteinfallswinkel von 45° auf den Beleuchtungsbereich 21 eingestrahlt wird, und ein äußerer Kreis dieses Diagramms Licht repräsentiert, das unter einem Lichteinfallswinkel von 90° auf den Beleuchtungsbereich 21 eingestrahlt wird. Dieses Diagramm zeigt, dass die Beleuchtungsstärke des Lichts vor allem im Bereich von 45° bis etwa 60° am höchsten ist und dann zunehmend abnimmt.
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Diese Diagramme zeigen somit, dass man mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung eine sehr homogene, streifenförmige Ausleuchtung des Beleuchtungsbereichs 21 erhält, wobei der Lichteinfallswinkel des überwiegenden Anteils des Lichtes zumindest 45° beträgt.
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Der Abstand b zwischen den einander gegenüberliegenden Reflektorflächen 10 der ebenflächigen Reflektoren 6 beträgt etwa 200 mm bis 250 mm. Die Höhe h, die sich zwischen den Leuchtdioden 9 und dem von den Leuchtdioden 9 entfernten Rand der ebenflächigen Reflektoren 6 erstreckt, beträgt etwa 250 mm bis 300 mm. Die Höhe der ebenflächigen Reflektoren beträgt etwa 140 mm bis 170 mm. Die Länge der Reflektoranordnungen 3, 4 und die Länge der Durchgangsöffnung 16 (nicht dargestellt, da sie senkrecht zur Bildebene in 1 verläuft) beträgt etwa 300 mm.
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Die Beleuchtungsvorrichtung 1 ist vorzugsweise Bestandteil eines optischen Analysesystems, das die in die Beleuchtungsvorrichtung 1 eingesetzte Kamera aufweist. Die Leuchtmittel (Leuchtdioden 9) für die Dunkelfeldbeleuchtung sowie die Leuchtmittel (Leuchtdiodenzeile 18) für die Hellfeldbeleuchtung sowie die Kamera sind mit einer Steuereinrichtung verbunden, die automatisch die Ausleuchtung des Beleuchtungsbereichs 2 und die entsprechende Bildaufnahme steuert.
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Das optische Analysesystem kann eine Bewegungseinrichtung aufweisen, mit der die Beleuchtungsvorrichtung (einschließlich der Kamera) relativ zur Oberfläche des abzutastenden Objekts bewegt wird. Da die Beleuchtungsvorrichtung sehr kompakt ausgebildet ist, kann die Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet sein.
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Die Lichtquellen für die Hellfeldbeleuchtung und/oder Dunkelfeldbeleuchtung werden vorzugsweise im Blitzlichtbetrieb verwendet. Hierdurch kann eine hohe Beleuchtungsstärke auch bei Verwendung von Leuchtdioden als Leuchtmittel erzielt werden. Damit können sehr kurze Integrationszeiten verwendet werden und es ist damit sichergestellt, dass selbst bei einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen der Beleuchtungsvorrichtung 1 und dem Objekt 2 die erfassten Bilder wegen der Relativbewegung nicht unscharf werden.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Objekt
- 3
- Reflektoranordnung
- 4
- Reflektoranordnung
- 5
- rinnenförmiger Reflektor
- 6
- ebenflächiger Reflektor
- 7
- Reflektorfläche vom rinnenförmigen Reflektor
- 8
- Leuchtquellenhalterung
- 9
- Leuchtdiode
- 10
- Reflektorfläche vom ebenflächigen Reflektor
- 11
- Symmetrieebene
- 12
- Gehäuse
- 13
- Längsseitenwandung
- 14
- Stirnwandung
- 15
- Bodenwandung
- 16
- Durchgangsöffnung
- 17
- Halteschiene
- 18
- Leuchtdiodenzeile
- 19
- Halterung
- 20
- Abstandselement
- 21
- Beleuchtungsbereich
- b
- Abstand
- h
- Höhe
