DE3332605A1

DE3332605A1 - Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE3332605A1
Application number: DE19833332605
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Jerusalem Bin Nun; Rafi Mazkeret Batya Izhar; Avner Nes Ziona Karpol
Original assignee: Optrotech Ltd
Current assignee: Optrotech Ltd
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1983-09-09
Publication date: 1984-03-15
Also published as: FR2533035A1; IL66788A; JPS5990831A; GB2127568B; GB2127568A; IL74362A0; IL66788A0; GB8323992D0; US4555727A

Description

Abtasteinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft optische und elektro-optische Einrichtungen im allgemeinen, und insbesondere eine elektro-optische Abtaste inrichtung„

Es gibt bereits eine Reihe von elektro-optischen Abtasteinrichtungen, die in einer großen Vielzahl von Geräten eingebaut sind. Im allgemeinen weist die Abtasteinrichtung eine Lichtquelle auf, die die abzutastende Fläche direkt beleuchtet, und eine Kamera ist vorgesehen, um die sichtbaren Merkmale der Werkstücksoberfläche abzutasten«. Sowohl die Kamera als auch die Lichtquelle können auf einer beweglichen Grundplatte montiert sein,, die gegenüber einer Fläche so angetrieben sein kann, daß eine Abtastbewegung stattfindet« Alternativ kann die Kamera stationär gehalten werden, und die abzutastende Fläche kann gegenüber der Kamera bewegt werden<, Als Alternative können sowohl die Kamera als auch die abzutastende Fläche stationär gehalten werden, wobei die Abtastung nur auf der Zeitbasis erfolgt.

Gewöhnlich werden'bei Abtasteinrichtungen der oben genannten Art Lichtquellen mit sehr hoher Intensität verwendet, um ein akzeptables Signal-Rauschverhältnis am Ausgang der Kamera zu erhalten. Die Verwendung einer Lichtquelle mit hoher Intensität führt zu einer Reihe von Schwierigkeiten. Es wird eine große Wärmemenge erzeugt, während gleichzeitig die hohe Intensität der Lichtquelle eine nahezu vollständige Abschirmung erfordert, um gesundheitliche Schäden bei dem Bedienuigsmann zu vermeiden. Daher sind zwangsweise angetriebene Luftkühlungssysteme an der Lichtquelle erforderlich.

Des weiteren birgt die hohe Intensität der Beleuchtung die Gefahr, daß aufgrund von Unregelmäßigkeiten am Werkstück Schatten auf der abzutastenden Werkstückoberfläche geworden werden, so daß sich fehlerhafte Ausgangssignale ergeben ο Schließlich kann die große Wärmemenge, die durch die Lichtquelle erzeugt wird, zu Verzerrungen in der abzutastenden Oberfläche führen und diese Oberfläche sogar beschädigen. Diese Probleme werden besonders schwerwiegend, wenn eir.e CCD-Kamera verwendet wird, da diese Probleme den Arbeitsbereich der Kamera einschränken, so daß nicht der gesamte dynamische Bereich ausgenutzt werden kann. Infolgedessen w;.rd zur Kompensierung dieser Probleme eine komplexe und teure Signalverarbeitungsschaltung am Ausgang der Kamera benötigt.

Der vorliegenden Erfindung lieg die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Mängel bekannter Abtasteinrichtungen so weit wie möglich zu beheben, und ein Abtasteinrichtung zu schaffenj die ein günstigeres Kosten-Nutz -η-Verhältnis hat und e~nfacher zu benutzen ist als vergleichba e bekannte Abtasteinrichtungen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist d e erfindungsgemäße Abtasteinrichtung in der im Hauptansp uch angegebenen Weise gekennzeichnet. Bei der erfindungsgem. ßen Abtasteinrichtung wird das in hohem Maße konzentrierte Licht auf eine begrenz ^e Fläche als richtungsmäßig diffu es Licht abgegeben _P so daß Schattenbildungen,-vermieden wer<.en.

Nach einem bevorzugten Ausführu igsbeispiel der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung ist e .ne wellenlängenselektive optische Abschirmungseinrichtun r an der Lichtquelle vorgesehen, wobei die Abschirmungseinr chtung Licht im nicht sichtbaren Spektralbereich nach auße . durchtreten läßt, während nur die Strahlung im sichtbaren Bereich auf den Wellenleiter reflektiert wird. Dadurc\ kann lie Lichtquelle kühl gehalten werden, so daß es nicht Mehr er orderlich ist, teure und

komplexe Ventilationseinrichtungen an der Lichtquelle vorzusehenDadurch wird es auch ermöglicht, den vollen dynamischen Bereich einer CCD-Kamera auszunutzen, so daß keine teuren und komplexen Signalverarbeitungsschaltungen zur Kompensation erforderlich sind, die sonst erforderlich wären.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung kann ein Filter zwischen der Lichtquelle und dem optischen Wellenleiter vorgesehen sein, was insofern vorteilhaft ist, als Infrarotstrahlung an dieser Stelle ausgefiltert werden kann.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung besteht der optische Wellenleiter aus einer rechteckigen Platte aus gewöhnlichem Glas, deren Ende neben der Werkstückoberfläche mattgeschliffen ist, um richtungsmäßig diffuses Licht zu erzeugen, um die Schattenbildung herabzusetzen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung ist die Breite des Wellenleiters und der Abstand zwischen der unteren Endfläche des Wellenleiters und der Werkstückoberfläche so gewählt, daß ein Winkel, der durch die Seitenkanten des Werkstückes und eine Stelle auf dern^ Werkstück gebildet wird, im Bereich zwischen 30° und 40° an der Spitze bildet, die die Werkstückoberfläche berührt- Diese Bedingung stellt sicher, daß, wie sich bei einem praktischen--Test gezeigt hat, keine Schatten auf der Werkstückoberfläche erzeugt werden.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kamera eine zeilenweise abtastende CCD-Kamerac

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der

beiliegenden Zeichnungen beschrieben« Es aeigens

Fig_o 1A ; eine Seitenansicht einer Abtasteinrichtung

nach einem Auriführungsbeispiel der Erfindung?

Fig. 1B s eine Draufsicht auf die Abtasteinrichtung

nach Fig. 1A;

Fig, 2A ο eine Frontansicht des optischen Wellenleiterteils der Einrichtung von Fig.. 1Ay und

Fig. 2B s eine Seitenansicht des optischen Wellenleitersteils von Fig. 2A„

Die Abtasteinrichtung gemäß Fig„ IA weist eine Kamera 10_? vorzugsweise eine CCD-Kamera„ beispielsweise eine Kamera mit dem Modell CCD 1200R, das von der Firma Fairchild in USA hergestellt wird, und eine Beleuchtungseinheit 12 auf. die auf einer Halterung 14 montiert ist. Ein Werkstücksupport 16 ist auf einer Antriebseinrichtung 18 montiert, mit der eine axiale Bewegung durchführbar ist, während die Halterung 14 auf ähnliche Weise auf einer Antriebseinrichtung 20 montiert ist, mit der eine Bewegung entlang einer Achse senkrecht zu der Bewegungsachse der Antriebseinrichtung 18 durchführbar ist. In Fig. 1B ist die Kamera und die Beleuchtungseinheit _V12 nicht gezeigt, sondern nur die Halterung für die Beleuchtungseinheit und die Kamera,

Die Beleuchtungseinheit 12 ist im einzelnen in den Fig» 2A und 2B dargestellt und weist eine Lichtquelle hoher Intensität, beispielsweise eine Halogenlampe 22 auf,, die in einem teilweise offenen Gehäuse 24 untergebracht ist. Hinter der Lampe 22 ist ein bezüglich der Wellenlänge selektiver Reflektor 26 angeordnet, der aus beschichtetem Glas besteht und im Handel von der Firma Ophir Optics Ltd, Jerusalem, Israel^ erhältlich ist« Der Reflektor 26 läßt Strahlung außerhalb des sichtbare ι Bereiches durch und reflektiert nur das Licht im sichtbaren Bereich» Unter Abstand zur

Lampe 22 auf der gegenüberliegenden Seite von dem Reflektor 26 ist ein optischer Wellenleiter 28 angeordnet, der beispielsweise aus einer rechteckigen Platte aus gewöhnlichem Glas oder aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise Polymethacrylesther, bestehen kann. Die Dicke der Platte beträgt in typischen Anwendungsfallen 10 mm und ihre Breite ist gleich der Breite der im Zusammenhang damit gerade verwendeten Lampe 22. Zwischen der Lampe 22 und dem Wellenleiter 28 liegt noch ein Infrarot-Filter 23.

Die Oberfläche 30 des Wellenleiters 28 ist glatt und hat ■normalerweise einen Abstand von etwa 20 mm von der Lampe Die Unterseite 32 des Wellenleiters 28 ist mattgeschliffen, so daß das zu der Werkstückoberfläche hin austretende Licht eine hohe Intensität hat und richtungsmäßig diffus ist, um Schatten auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden. Die Unterseite 32 hat normalerweise einen Abstand von etwa 10 mm von der Werkstückoberfläche und hat im Bezug auf die Werkstück-' oberfläche einen Winkel, in typischen Anwendungsfällen einen Winkel von etwa 25°„

Ein wichtigstes Merkmal eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung besteht darin, daß der imaginäre Winkel 34 zwischen den beiden Seitenflächen des Wellenleiters 28 und der Werkstückoberfläche (Blickrichtung wie in Fig„ 2A) einen spitzen Winkel zwischen 30° und 40° bildete Durch diese spezielle Anordnung wird insbesondere die Ausbildung von Schatten auf der Werkstückoberfläche vermieden, ohne an Lichtintensität einbüßen zu müssen.

-Ί-

Bezugszeichenliste zu S 5027

10 Kamera

12 Beleuchtungseinheit

14 Halterung

16 Werkstücksupport

22 Lichtquelle

23 Filter

24 Gehäuse

26 Abschirmungseinrichtung,, Reflektor

28 optischer Wellenleiter

30 Oberfläche des Wellenleiters

32 Unterseite des Wellenleiters

34 Winkel

v.

Claims

P AT*E NTA N WAIT E" * '

KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE

DIPL.-PHYSIKER

OPTROTECH LTD.

Nes Ziona, Israel

D I P L.-l N G E N I E U R

ZUGELASSENE VERTRE ER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

HERZOG-WILHELM-STR. 17 D-8 MÜNCHEN 2

,hrzeichen"

YOUR REFERENCE:

UNSERZE.CHE.:
OUR REFERENCE;

datum: 9. Sept. 1983

Abtasteinrichtung

Ansprüche

1 . Abtasteinrichtung mit einer Halterung, einer an der Halterung montierten Lichtquelle und einer an der Halterung montierten Kamera, mit. der eine abzutastende Werkstückoberfläche beobachtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Wellenleiter (28) so angeordnet ist, daß er das von der Lichtquelle (22) abgegebene Licht aufnimmt, und das Licht auf die Werkstückoberfläche richtet„ wobei der Wellenleiter (28) eine gleichförmige, homogene, diffuse Beleuchtung der.-Werkstückoberflache unter Vermeidung von Schatten auf der Werkstückoberfläche liefert.

2» Abtasteinrichtung nach Anspruch 1„ gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Relativ bewegung zwischen der Kamera ί10) und der Werkstückoberfläche entlang wenigstens einer Achse-

3- Beleuchtungseinrichtung in einer Abtasteinrichtung mit einer Halterung und einer in der Halterung montierten Kamera zum Abtasten einer Werkstückoberfläche, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (22) und einen optischen Wellenleiter (28), der das von der Lichtquelle (22) abgegebene Licht aufnimmt und das Licht auf die Werkstückoberfläche richtet, wobei der optische Wellenleiter (28) eine diffuse Beleuchtung der Werkstückoberfläche unter Vermeidung von Schatten auf der Werkstückoberfläche liefert.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch eine wellenlängenselektive, optische Abschirmungseinrichtung (26) an der Lichtquelle (22) wobei die Abschirmungseinrichtung (26) Strahlungen im nicht sichtbaren Spektralbereich durchläßt und Strahlungen im sichtbaren Spektralbereich auf den Wellenleiter (28) reflektiert.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch einen Filter (23) zwischen der Lichtquelle (22) und dem Wellenleiter (28) , um Infrarotstrahlung außerhalb des sichtbaren Spektrums auszufiltern.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter eine rechteckige Platte aus einem optisch durchlässigem ,Material aufweisto

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (28) eine Diffusoreinrichtung aufweist, um diffuses Licht an seinem Ausgang abzugeben,

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (28) eine mattgeschliffene Oberfläche an seiner Lichtaustrittsfläche hat, die neben dem Werkstück liegt.

9o Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (28) so ausgeführt und gegenüber dem Werkstück angeordnet ist_y daß ein Winkel zwischen 30° und 40° zwischen den imaginären Linien gebildet wird, die eine Stelle auf der Werkstückoberfläche mit den beiden Seitenflächen des Wellenleiters (28) verbinden,

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (28) mit .seiner Stirnfläche unter einem· Winkel von etwa 25° gegenüber der Werkstückoberfläche geneigt angeordnet ist.

11c Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine zeilenweise abtastende CCD-Kamera ist.