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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abbildung einer streifenförmigen Beleuchtung auf Oberflächen. Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise zur Erkennung von Oberflächen- oder Lackierfehlern an Werkstücken mit glänzenden Oberflächen verwendet werden.
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Im Stand der Technik sind vielfältige Vorrichtungen zur Oberflächenkontrolle bekannt. Insbesondere in der Automobilindustrie kommen solche Einrichtungen zum Einsatz. So beschreibt die
DE 198 20 536 C1 eine Einrichtung zur Überprüfung einer Lackoberfläche eines Kraftfahrzeuges, die einen Boden sowie den Fahrzeugaufbau begrenzende Längsseiten umfasst. In diesen Längsseiten befinden sich Leuchtkörper, die den Aufbau des Kraftfahrzeugs anstrahlen. Der Boden ist mit Bodenlinien versehen, die quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Diese Bodenlinien spiegeln sich dank der Leuchtkörper als Linienmuster im Lack der Oberfläche des Kraftfahrzeugs und dienen zur Feststellung, inwieweit besagte Oberfläche eine oder mehrere Unregelmäßigkeiten – Delle, Welle, Beule – aufweist. Diese Überprüfung erfolgt durch eine Prüfperson und zwar durch Augenscheinnahme.
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Ferner sind besondere Ausgestaltungen der Optik bzw. Vorsatzoptik zur Verwendung als Reflexbildoptik für Lack- oder Oberflächenkontrollleuchten zur Erzeugung einer definierten Beleuchtungscharakteristik bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 198 15 250 C2 eine Vorsatzoptik, bei der eine Linse genau in der optischen Achslage einer Lampe fixiert ist, wobei sich rechts und links der Linse Prismen befinden. Diese Prismen lenken den von der Lampe erzeugten und über einen Reflektor gebildeten Lichtstrom derart ab, dass für das menschliche Auge eine Blendung vermieden wird. Neben dem Prisma ist jeweils ein Schwarzfeld angeordnet. Durch diesen optischen Wechsel wird ein anhaltender sukzessiver Kontrast erzeugt.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Abbilden einer streifenförmigen Beleuchtung auf Oberflächen vorzuschlagen, die starke und scharfe Kontraste zwischen einer Mehrzahl von homogenen Hell- und Dunkelbereichen erzeugt sowie unter vergleichsweise geringem Kostenaufwand hergestellt werden kann und flexibel und dauerhaft einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung nebeneinander und aufeinander folgend eine Mehrzahl von Hell- und Dunkelbereichen auf. Hierfür ist eine Mehrzahl von reihenförmig angeordneten LEDs und im Abstand davor eine Projektionsplatte vorgesehen. Dabei können die LEDs in beliebiger, aus dem Stand der Technik bekannter Art und Weise an einer Trägerplatte, insbesondere einer Leiterplatte installiert sein. Die LED-Reihen sind derart angeordnet, dass jeweils mindestens eine LED-Reihe einen Hellbereich erzeugt. Die Hellbereiche sind voneinander derart beabstandet, dass zwischen ihnen Dunkelbereiche ohne Abstrahlung von Licht gebildet werden. Die beabstandet und bevorzugt parallel vor den LEDs angeordnete Projektionsplatte besteht aus lichtdurchlässigem Material und ist mit einer Prismenstruktur versehen. Als Material für die Projektionsplatte kann jeder lichtdurchlässige und für optische Zwecke verwendbare Werkstoff, wie z. B. Gläser, Mineralien oder Kunststoffe und entsprechende Komposite verwendet werden. Die Projektionsplatte kann gemäß der erforderlichen Prismenstruktur maßgefertigt sein. Es können aber auch am Markt erhältliche, mit einer entsprechenden Oberflächenstruktur ausgerüstete Platten verwendet werden. Die Prismenstruktur wird durch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Prismen gebildet, die derart ausgerichtet sind, dass sie quer zu den LED-Reihen verlaufen. Bei den verwendeten Prismen handelt es sich bevorzugt um Dreiecksprismen, wobei jede andere Art von Prismen, die eine Umlenkung der Strahlen in entsprechender Weise ermöglichen, eingesetzt werden kann. Durch die Prismenstruktur erfahren die von den in Reihe angeordneten LEDs ausgehende Lichtstrahlen in der Ebene, die sich entlang der LED-Reihen und senkrecht in Richtung auf die Projektionsplatte erstreckt, eine homogene Winkelverteilung. Gleichzeitig bleibt die Strahlung in der Ebene, die sich quer zu den LED-Reihen erstreckt durch die Prismenanordnung im Wesentlichen unbeeinflusst. So erzeugt die Vorrichtung eine streifenförmige Beleuchtung mit einer homogenen Helligkeitsverteilung in Längsrichtung der Hellbereiche. Die Linienbreite der Hellbereiche wird dabei vorgegeben durch die Abstrahlcharakteristik der eingesetzten LEDs oder durch zusätzlich Abschattungskomponenten, wie sie in nachfolgend bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vorteilhaft durch einen einfachen Aufbau aus. Durch den Einsatz von LEDs wird eine Service-freie Leuchte von hoher Langlebigkeit sowie hoher Energieeffizienz erreicht. Dabei weist die Leuchte durch die spezielle Anordnung mit Prismen-Optik günstige optische Eigenschaften auf, mit vorwiegend homogener Lichtverteilung innerhalb der Hellbereiche und klaren Kontrasten zu den Dunkelbereichen.
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Die Projektionsplatte zeichnet sich in einer Weiterbildung dadurch aus, dass sie für eine Mehrzahl von Hellbereichen, und bevorzugt über alle Hellbereiche einteilig ausgebildet ist und sich durchgehend vor einer Mehrzahl von Hell- und Dunkelbereichen erstreckt. Durch Verwendung einer durchgehenden Projektionsplatte ergibt sich ein einfacher und robuster Aufbau mit geringer Bauteileanzahl.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Anordnung der reihenförmig angeordneten LEDs in einem Gehäuse aus lichtundurchlässigen Gehäusewänden. Die Projektionsplatte stellt die das Gehäuse schließende Gehäusewand dar, die lichtdurchlässig ist und in Richtung auf die zu beleuchtende Oberfläche ausgerichtet ist. Damit wird die Vorrichtung zu einer handhabbaren Beleuchtungseinheit.
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Wie oben bereits beschrieben, kann die Linienbreite der Hellbereiche durch die Wahl von LEDs mit geeigneter Strahlcharakteristik bestimmt werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich der Einsatz von lichtabschattenden Elementen genutzt werden, um den Hellbereich in seiner Breite zu verringern und ferner, um Kontrastschärfe und Kontraststärke zwischen Hell- und Dunkelbereich zu erhöhen. Dazu wird die Projektionsplatte in den Dunkelbereichen zwischen den die Hellbereiche erzeugenden LED-Reihen mit einem Material abgedeckt, das lichtabsorbierend und/oder lichtundurchlässig ist. Alternativ kann das Material der Projektionsfläche in diesen Abschnitten lichtabsorbierend und/oder lichtundurchlässig ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführung ist auf der Projektionsplatte in Richtung auf die zu beleuchtende Oberfläche ein lichtundurchlässiger Deckel angeordnet. Dieser Deckel ist jeweils im Bereich der Hellbereiche mit Ausnehmungen versehen, die eine scharfe seitliche Begrenzung des Hellfeldes und damit sowohl eine starke Kontrastschärfe als auch eine hohe Kontraststärke zwischen Hell- und Dunkelbereich sicherstellen. Gleichzeitig ermöglicht der Deckel eine formschlüssige Festlegung der Projektionsplatte am Gehäuse. Ein die Kanten und Ecken der Projektionsplatte umlaufender kastenförmiger Deckel in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung bietet zudem einen Schutz für die Projektionsplatte. Dabei ist der Deckel nicht auf die Kastenform festgelegt und kann in beliebiger Weise am Gehäuse festgelegt sein. Um die Vorrichtung gegen äußere Einflüsse zu schützen und um die Stabilität der Vorrichtung zu erhöhen können zwischen Gehäuse, Projektionsplatte und/oder Deckel zusätzlich dichtende oder stoßdämpfende Materialien eingefügt werden oder ein Stoffschluss durch beispielsweise Verkleben erfolgen. Auch eine zusätzliche formschlüssige Sicherung der Projektionsplatte am Gehäuse und/oder am Deckel ist denkbar.
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Gemäß einer Weiterbildung sind die jeweils einen Hellbereich erzeugenden LED-Reihen in bevorzugt kastenförmigen und in Richtung auf die Projektionsplatte offenen Reflektoren angeordnet. Die Form der Reflektoren kann beliebig gewählt werden, sofern der Reflektor mindestens eine LED-Reihe aufnehmen kann und mehrere Reflektoren nebeneinander aufgereiht werden können, sodass die resultierende Anordnung nebeneinander und aufeinander folgend eine Mehrzahl von Hell- und Dunkelbereichen aufweist. Die Schaltelektronik der LED-Reihen befindet sich bevorzugt außerhalb der Reflektoren und ist jeweils benachbart zum zugehörigen Reflektor angeordnet. Sie ist dabei bevorzugt im Dunkelbereich an der Innenseite der Gehäuserückwand befestigt, die der Projektionsplatte gegenüberliegt. So wird die Schaltelektronik durch das umgebende Gehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt und der ansonsten ungenutzte Dunkelbereich des Gehäuses vorteilhaft genutzt.
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Um eine effektive Kühlung zu gewährleisten und damit Wirkungsgrad und Lebensdauer der LEDs zu erhöhen, ist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführung mit Kühlkörpern, beispielsweise in Form von Kühlrippen versehen. Alternativ können Kühlkörper beliebiger Art, wie z. B. gerippte Blöcke oder mit Lamellen versehene Platten aus wärmeleitfähigem Material eingesetzt werden. Dabei sind die Kühlkörper bevorzugt jeweils auf der der Projektionsplatte abgewandten Gehäuseaußenseite entlang der Rückseite der LED-Reihen angebracht.
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Für viele Prüfzwecke sind eine Mindestanzahl der Hell-/Dunkelbereiche sowie eine definierte Abmessung der Leuchte und insbesondere der Hell-/Dunkelbereichsbreitenverhältnisse relevant. So weist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführung mindesten 5, bevorzugt 10 bis 20 Hellfeldbereiche auf, wobei das Breitenverhältnis von Dunkel- und Hellbereich zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,8 und 1,2 liegt. In einer bevorzugten rechteckigen Ausführungsform ist die Länge vorgegeben durch mindestens das Doppelte und höchstens durch das 10-fache der Breite der Vorrichtung. Diese Abmessungen haben sich als sinnvolle Wahl insbesondere für Anwendungen bei der Lackkontrolle erwiesen.
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Eine geeignete Anordnung von LED-Reihen mit vorgeschalteter Projektionsplatte, die eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung entlang der LED-Reihe sicherstellen, ohne dass die einzelnen LEDs sichtbar werden, ist abhängig von zahlreichen Faktoren. Neben Strahlcharakteristik und Leistung der LED spielen systembedingte und ggf. voneinander abhängige Parameter wie Abstand der LEDs innerhalb der Reihe, Abstand der LED-Reihe von der Projektionsplatte sowie Prismentyp und -abmessungen eine maßgebliche Rolle für die Homogenität des Lichtstreifens. So ergibt sich eine Vielfalt von Kombinationen von Parametern, die zur erfindungsgemäßen Vorrichtung führen und ebenfalls zum Gegenstand der Erfindung zählen. In einer bevorzugten Anordnung werden LEDs mit einem Abstrahlwinkel von 90° bis 150° eingesetzt, die in den die Hellbereiche erzeugenden LED-Reihen in einem Abstand von 120 mm bis 140 mm angeordnet sind.
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Die Vorrichtung kann über Haltevorrichtungen beliebiger Art an Decken, Wänden oder sonstigen fest installierten oder bewegbaren Tragevorrichtungen oder Gestellen stationär oder abnehmbar befestigt werden und zeichnet sich daher als besonders flexibel aus.
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Damit bildet die Vorrichtung ein gut und flexibel handhabbares, vorteilhaft einstückig ausgebildetes sowie energieeffizientes und langlebiges Beleuchtungsmodul zur Abbildung einer kontraststarken sowie kontrastscharfen streifenförmigen Beleuchtung auf Oberflächen.
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, nachfolgend auch Leuchte genannt, anhand von Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Leuchte;
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2 einen Längsschnitt der Leuchte gemäß 1 in einer Schnittebene AA' senkrecht zu den LED-Reihen;
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3 einen Querschnitt der Leuchte gemäß 1 in einer Schnittebene BB' parallel zu den LED-Reihen.
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1 zeigt eine Leuchte 1, die an der oben dargestellten Vorderseite Hellbereiche 2 und dazwischen angeordnete Dunkelbereiche 4 aufweist. Dabei ist die Leuchte 1 im Ausführungsbeispiel zu fünf Seiten durch ein kastenförmiges Gehäuse 12 mit den Gehäusewänden 12a, 12b und 12C begrenzt. Der im Ausführungsbeispiel ebenfalls kastenförmige Deckel 16 an der Vorderseite ist über die seitlichen Gehäusewände 12b, 12C gestülpt. In den Hellbereichen 2 ist der lichtundurchlässige Deckel mit Ausnehmungen 18 versehen, die einen Durchtritt der Lichtstrahlen ermöglichen und zugleich den Kontrast zwischen Hellbereich 2 und dem zwischen den LED-Reihen resultierenden Dunkelbereich 4 verschärfen und verstärken.
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Das Längen-/Breitenverhältnis LV/BV der Vorrichtung in der dargestellten Ausführungsform liegt im bevorzugten Längen-/Breitenverhältnis-Intervall zwischen 2 und 5. Das Breitenverhältnis BH/BD für Hell- 2 und Dunkelbereich 4 im Ausführungsbeispiel liegt im bevorzugten Intervall zwischen 0,8 und 1,2.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils einen Schnitt durch die Vorrichtung 1 des vorteilhaften Ausführungsbeispiels. Dabei stellt 2 einen Längsschnitt der Leuchte 1 senkrecht zu den LED-Reihen entsprechend der Schnittfläche A-A' in 1 dar. 3 zeigt den Querschnitt der Vorrichtung 1 parallel zu den LED-Reihen entsprechend der Schnittfläche B-B' in 1. Im Gehäuse 12, bestehend aus den Gehäusewänden 12a–c, sind kastenförmige Reflektoren 20 angeordnet, in denen jeweils eine einen Hellbereich 2 erzeugende Reihe von LEDs 6 festgelegt ist. Die Art der Festlegung der LEDs auf Trägerplatten 7 und/oder in den Reflektoren 20 kann dem für den Fachmann gängigen Stand der Technik entnommen werden und ist nicht Gegenstand der Erfindung. Die Reflektoren 20 sind derart ausgerichtet, dass die offene Seite von der Innenseite der rückwärtigen Gehäusewand 12a abgewandt und in Richtung auf die zu beleuchtenden Oberfläche 14 zeigt. Neben den Reflektoren 20 ist an der Innenseite der rückwärtigen Gehäusewand 12a jeweils die Schaltelektronik 22 der LED-Reihen eines Reflektors 20 befestigt. An der Rückseite der Gehäusewand 12a befinden sich Kühlrippen 24, die jeweils dem Längsverlauf der LED-Reihen folgen. Vor den Reflektoröffnungen und parallel beabstandet zur den LED-Reihen erstreckt sich eine lichtdurchlässige Projektionsplatte 8. Die Projektionsplatte 8 ist mit einer Prismenstruktur 10, bestehend aus einer Aneinanderreihung von Prismen, versehen (3). Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird für die Projektionsplatte 8 ein klarsichtiges Kunststoff-Material mit Dreiecksprismenstruktur verwendet. Ein Vergleich der 2 und 3 verdeutlicht, dass der Verlauf der Prismenstruktur 10 quer zu den LED-Reihen angeordnet ist. Die Projektionsplatte 2 wird durch einen lichtundurchlässigen Deckel 16 formschlüssig am Gehäuse 12 festgelegt. Dabei liegt die Projektionsplatte 2 im dargestellten Ausführungsbeispiel auf an den Innenseiten der seitlichen Gehäusewände 12b, 12C angebrachten Haltewinkeln 13b, 13c. In Richtung auf die zu beleuchtende Oberfläche wird die Projektionsplatte 8 vom Deckel 16 gehalten. Der Deckel 16 ist entsprechend der Anzahl der Hellbereiche 2 und im Ausdehnungsbereich der Hellbereiche 2 mit Ausnehmungen 18 versehen. In 3 ist beispielhaft für eine Auswahl von Strahlen S von drei reihenförmig angeordneten LEDs 6 eines Hellbereiches 2 der Strahlengang skizziert. Die Darstellung ist dabei nicht maßstabs- oder winkelgetreu, sondern soll lediglich zur Verdeutlichung der Funktionsweise dienen.
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Beim Durchtritt der Strahlen S durch die Prismenstruktur 10 der Projektionsplatte 8 werden sie derart abgelenkt, dass sie in einer breiteren Winkelverteilung durch die Ausnehmungen 18 des Deckels 16 zu beleuchtende Oberfläche 14 auftreffen, als es dem Abstrahlwinkel der LED alleine entspricht. So verbreitert die optische Wirkung der Prismenstruktur 10 im bevorzugten Beispiel den Abstrahlwinkel. In der Überlappung der einzelnen Beleuchtungsbereiche ergibt sich so auf der Oberfläche 14 in der BB'-Ebene eine homogene Beleuchtung.
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Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Leuchte bildet ein gut handhabbares, vorteilhaft einstückig ausgebildetes Beleuchtungsmodul zur Abbildung einer kontraststarken sowie kontrastscharfen streifenförmigen Beleuchtung auf Oberflächen, das über nicht dargestellte Haltevorrichtungen beliebiger Art flexibel an Decken, Wänden oder sonstigen fest installierten oder bewegbaren Tragevorrichtungen oder Gestellen stationär oder abnehmbar befestigt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19820536 C1 [0002]
- DE 19815250 C2 [0003]
