DE3810325A1

DE3810325A1 - Inspection lamp for the illumination of hollow spaces

Info

Publication number: DE3810325A1
Application number: DE19883810325
Authority: DE
Inventors: Achim Dr Ing Willing
Original assignee: Dr Ing Willing GmbH
Current assignee: Dr Ing Willing GmbH
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-26
Publication date: 1989-01-05
Also published as: DE8816611U1

Abstract

An illumination device for the visual monitoring of objects is proposed, in which a partially transparent mirror is arranged transversely in the beam path of a light source to direct the radiation onto the object. An observer beam path is directed onto the object via the side of the partially transparent mirror facing away from the light source. Furthermore, a light trap is provided, which is arranged in such a way that it absorbs the remaining radiation passing through the mirror and not directed onto the object or reflected at the surface of the mirror facing away from the object. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für die Sichtkontrolle von Gegenständen mit einer Lichtquelle.The invention relates to a lighting device for the visual inspection of objects with a Light source.

Für die Sichtkontrolle von Gegenständen ist es vielfach notwendig, die Gegenstände ausreichend zu beleuchten, damit Fehler oder Fehlstellen erkannt werden können. Dabei ist es häufig notwendig, daß die Beleuchtung aus der Richtung erfolgen muß, aus der beobachtet wird. Dies ist beispielsweise für die Inspektion von langgestreckten Hohlräumen, wie Rohre, oder beim Bestücken von Leiterplatten gegeben. Damit aber der Kopf des Beobachters nicht im Strahlengang der Lichtquelle liegt bzw. die Lichtquelle nicht als Hindernis im Beobachtungsweg liegen, werden nach dem Stand der Technik die zu prüfenden Gegenstände schräg beleuchtet. Dies hat aber zur Folge, daß Schatten oder Reflexe auftreten, die das Prüfergebnis verfälschen.It is for the visual inspection of objects often necessary, the objects sufficient to illuminate so that errors or imperfections are recognized can be. It is often necessary that the lighting must come from the direction from which is observed. For example, this is for the inspection of elongated cavities, like pipes, or when assembling printed circuit boards given. But not the observer's head or lies in the beam path of the light source Light source not as an obstacle in the observation path according to the state of the art objects being examined at an angle. this has but with the result that shadows or reflections occur, that falsify the test result.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung für die Sicht kontrolle von Gegenständen zu schaffen, durch die keine Verfälschungen durch Schatten oder dergleichen auftreten können, die das Prüfungs ergebnis verfälschen, wobei eine großflächige Beleuchtung möglich sein soll und die Art der Beleuchtung an die Sehaufgabe bzw. die zu prüfenden Gegenstände anpaßbar ist.The invention is therefore based on the object a lighting device for the view to create control of objects by which are not distorted by shadows or the same may occur that the exam falsify the result, with a large area Lighting should be possible and the type of Illumination to the visual task or to testing objects is customizable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the characteristic features of the main claim in connection with the features of the generic term solved.

Dadurch, daß quer in den Strahlengang einer Lichtquelle ein teildurchlässiger Spiegel ange ordnet ist, kann von der einen Seite des Spiegels der Gegenstand beobachtet werden, während die Strahlung einer seitlich vom Beobachter liegenden Lichtquelle an der anderen reflektierenden Ober fläche des Spiegels in die Beobachtungsrichtung gelenkt wird oder umgekehrt. Auf diese Weise wird erreicht, daß hinter dem teildurchlässigen Spiegel die Richtung des Strahlenganges und die Beobachtungs richtung übereinstimmen, so daß der Gegenstand ohne Verfälschungen betrachtet werden kann. Gemäß der Erfindung ist eine Lichtfalle vorge sehen, die je nach Anordnung von Beobachter und Lichtquelle zueinander die nicht auf den Gegenstand gerichtete, durch den Spiegel hindurchtretende oder die an der dem Gegenstand abgewandten Ober fläche des Spiegels reflektierte Reststrahlung absorbiert. Somit wird auch jegliche Störstrahlung vermieden, die zu Schattenbildungen oder der gleichen auf den Gegenständen führen könnte.The fact that one across the beam path The light source is a partially transparent mirror is arranged from one side of the mirror the object can be observed while the Radiation from a side of the observer Light source on the other reflective upper area of the mirror in the direction of observation is steered or vice versa. That way achieved that behind the partially transparent mirror the direction of the beam path and the observation direction match, so that the object can be viewed without adulteration. According to the invention, a light trap is featured see that depending on the arrangement of observers and Light source to each other which is not on the object directed through the mirror or on the waiter facing away from the object surface of the mirror reflected residual radiation absorbed. So there is also any interference avoided that lead to shadows or the could lead to the same on the objects.

Durch die Beleuchtungseinrichtung können auch große Anordnungen zur Sichtkontrolle großflächig einwandfrei beleuchtet werden, wobei aufgrund der Wahl der Lichtquelle, die sowohl einen parallelen Strahlengang als auch eine rein diffuse Abstrahlung aufweisen kann, die Beleuchtungseinrichtung zweckentsprechend, d.h. angepaßt an die zu über prüfenden Gegenstände eingesetzt werden kann. Insbesondere ist die Verwendung der Beleuchtungs einrichtung zur Überprüfung von Bauteilen auf Leiterplatten oder das Bestücken von Leiterplatten, beispielsweise in der SMD-Technik geeignet, da schattenfrei beleuchtet wird und glänzende oder matte Bauteile gleichen Reflexionsgrades gleich bewertet werden, und nicht wie bei gerichteter Strahlung unterschiedlich dunkler bzw. heller wirken. Somit können beispielsweise bei Beobachtung mit einer Kamera oder einem Videoauge und möglicher folgender digitalen Bildverarbeitung Informations unterschiede aufgrund falscher Beleuchtung auftreten, die mit körperhaften Unterschieden verwechselt werden könnten.The lighting device can also large visual inspection arrangements over a large area be properly lit, being due the choice of light source, which is both a parallel Beam path as well as a purely diffuse radiation can have the lighting device appropriate, i.e. adapted to the over testing objects can be used. In particular, the use of lighting device for checking components PCBs or assembling PCBs, suitable for example in SMD technology, because is illuminated shadowless and shiny or matt components have the same reflectance and not as directed Radiation differently darker or lighter Act. Thus, for example, when observing with a camera or a video eye and possible following digital image processing information differences occur due to incorrect lighting, which is confused with physical differences could become.

Durch die in den Unteransprüchen angeführten Maß nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver besserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Lichtfalle als gerichtet reflektierender Ober flächenspiegel ausgebildet ist, der die Rest strahlung auf eine absorbierende, beispielsweise schwarze Fläche lenkt, wobei der Oberflächenspiegel mit einer schwarzen Beschichtung versehen ist, da durch die Umlenkung die Möglichkeit für eine störende Reflexion weiter verringert wird. Durch Anordnen einer vergrößernden Optik in den Beobachterstrahlengang vor dem teildurchlässigen Spiegel kann mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungs einrichtung sowohl eine einwandfreie Beleuchtung als auch eine einwandfreie Vergrößerung erzielt werden.By the measure specified in the subclaims are advantageous training and Ver improvements possible. It is particularly advantageous that the light trap as a directionally reflecting upper surface mirror is formed, the rest radiation on an absorbent, for example black surface guides, the surface mirror is provided with a black coating because through the redirection the possibility for one disturbing reflection is further reduced. By arranging a magnifying optic in the observer beam path in front of the partially transparent Mirror can with the lighting according to the invention furnishing both perfect lighting as well as a perfect enlargement will.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgen den Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the Drawing shown and will follow in the the description explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Be leuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung zur Ausleuchtung und Sichtkontrolle von Rohren, Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the illumination unit loading according to the invention for the illumination and visual inspection of pipes,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine diffuse Lichtquelle, Fig. 2 shows an embodiment of a diffuse light source,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines weiteren Ausführungs beispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, und Fig. 3 is a schematic representation of a further embodiment example of the lighting device according to the invention, and

Fig. 4 die Anordnung der erfindungsge mäßen Beleuchtungseinrichtung in einem Gehäuse. Fig. 4 shows the arrangement of the lighting device according to the invention in a housing.

In Fig. 1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für die Sichtkontrolle von Rohren dargestellt. Wesentlicher Bestandteil ist ein teildurchlässiger Spiegel, der beispielsweise in einem Winkel von etwa 45° von einer Lichtquelle 20, die den Beleuchtungsstrahlen gang S 1 aufweist, bestrahlt. Die Strahlung wird an dem teildurchlässigen Spiegel 1 um 90° umgelenkt und in ein zu prüfendes Rohr 3 geleitet. Einem Beobachter 21 ist ein Beobachterstrahlen gang S 2 zugeordnet, der gerade durch den teil durchlässigen Spiegel 1 hindurchgeht, so daß vom Beobachter 21 gesehen hinter dem teildurch lässigen Spiegel 1 der Beobachterstrahlengang S 2 und der Beleuchtungsstrahlengang S 1 in einem kongruenten Strahlengang S 4 übereinstimmen.In Fig. 1, a lighting device for the visual inspection of pipes is shown. An essential component is a semitransparent mirror which, for example, is irradiated at an angle of approximately 45 ° by a light source 20 which has the illuminating beam path S 1 . The radiation is deflected by 90 ° on the partially transparent mirror 1 and directed into a tube 3 to be tested. An observer 21 is an observer beam path S 2 is assigned, the permeable straight through the partial mirror 1 passes, so that, viewed from the observer 21 coincide behind the partially reflecting mirror 1 of the observer beam path S 2 and the illumination beam path S 1 in a congruent beam path S. 4

Es könnte sein, daß die von der Lichtquelle 20 ausgesandte Strahlung nicht vollständig an dem teildurchlässigen Spiegel 1 reflektiert wird, sondern ein Teil direkt durch den Spiegel hindurch geht, so daß sich ein Störstrahlengang S 3 bildet. Diese Störstrahlung könnte das Sehergebnis be einflussen, d.h. sich störend auf die Sicht kontrolle auswirken. Daher wird in dem Störstrahlen gang S 3 eine Lichtfalle 2 angeordnet, die bei spielsweise als eine schwarze Fläche ausgebildet ist, die das auftretende Licht absorbiert.It could be that the radiation emitted by the light source 20 is not completely reflected on the partially transparent mirror 1 , but rather a part passes directly through the mirror, so that an interference beam path S 3 is formed. This interference radiation could influence the visual result, ie it could interfere with the visual control. Therefore, a light trap 2 is arranged in the interfering beam path S 3 , which is formed, for example, as a black surface that absorbs the light that occurs.

Für die Sichtkontrolle von Hohlräumen, wie die Rohre 3, ist häufig eine stark gebündelte Strahlung notwendig. Daher ist die Lichtquelle 20 in diesem Fall als engbündelnde Lichtquelle ausgebildet, wobei eine Lampe 4 im Brennpunkt eines Parabol reflektors 5 angeordnet ist, so daß die vom Parabolreflektor 5 reflektierte Strahlung parallel ist. Vor dem Parabolreflektor 5 ist eine wärme absorbierende oder wärmereflektierende Scheibe 6 aus klarem Material angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 3) wird die parallele Strahlung mittels einer Sammellinse 7 realisiert, die von der Lampe 4 bestrahlt wird.For the visual inspection of cavities, such as the tubes 3 , strongly concentrated radiation is often necessary. Therefore, the light source 20 is formed in this case as a narrow-beam light source, a lamp 4 being arranged in the focal point of a parabolic reflector 5 , so that the radiation reflected by the parabolic reflector 5 is parallel. A heat-absorbing or heat-reflecting disk 6 made of clear material is arranged in front of the parabolic reflector 5 . In another exemplary embodiment ( FIG. 3), the parallel radiation is realized by means of a converging lens 7 , which is irradiated by the lamp 4 .

Für die Sichtkontrolle von Bauteilen, die bei spielsweise in der SMD-Technik auf Leiterplatten angeordnet sind, oder zum Bestücken von Leiter platten ist eine schattenfreie großflächige, diffuse Beleuchtung notwendig. Zur Erzeugung der diffusen Beleuchtung kann beispielsweise die Lichtquelle gemäß Fig. 2 verwendet werden, die ebenfalls eine in dem Brennpunkt eines Parabolspiegels 5 angeordnete Lampe 4 und die wärmeabsorbierende oder wärmereflektierende Scheibe 6 aufweist. Hinter die Scheibe 6 ist in den Strahlengang S 1 eine Streuscheibe 8 angeordnet, die die gerichtete Strahlung in eine diffuse Strahlung umwandelt. Damit die diffuse Strahlung nicht den Beobachter 21 stört, wird vor die Streuscheibe 8 eine bei spielsweise als Lamellengitter 9 ausgebildete Blende gesetzt, deren dem Beobachter 21 zuge kehrten Oberflächen (oben) schwarz und deren dem Beobachter abgewandten Oberflächen (unten) weiß oder gut reflektierend sind. Mit dieser Lichtquelle 20 kann großflächig eine völlig diffuse Beleuchtung erzielt werden.For the visual inspection of components that are arranged on PCBs in SMD technology, for example, or for populating PCBs, shadow-free, large-area, diffuse lighting is necessary. The light source according to FIG. 2, which likewise has a lamp 4 arranged in the focal point of a parabolic mirror 5 and the heat-absorbing or heat-reflecting disk 6 , can be used to generate the diffuse illumination. A diffusing screen 8 is arranged behind the disk 6 in the beam path S 1 , which converts the directed radiation into diffuse radiation. So that the diffuse radiation does not interfere with the observer 21 , an aperture designed as a lamellar grating 9 is placed in front of the diffusing screen 8 , the surfaces facing the observer 21 (top) black and their surfaces facing away from the observer (bottom) are white or well reflective . With this light source 20 , completely diffuse illumination can be achieved over a large area.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Lichtfalle 2 dargestellt, die aus einem Restlichtreflektor 10 und einer lichtabsorbierenden Scheibe 11 besteht. Der Restlichtreflektor 10 ist mit einer ausschließlich gerichtet reflektieren den glatten Oberfläche versehen und besteht aus einem im Volumen ohne erkennbare Aufstreuung die Strahlung absorbierenden oder aus für die Strahlung durchlässigen Material. Der Rest lichtreflektor im Ausführungsbeispiel ist als gerichtet reflektierende und transmittieren de Scheibe 10 a, die auf ihrer dem Restlicht strahlengang S 3 abgewandten Seite mit einer optisch unmittelbar anliegenden dunklen, vorzugsweise schwarzen Beschichtung 10 b versehen ist. Die Restlichstrahlung wird an dem Restlichtreflektor auf eine lichtabsorbierende Scheibe 11 reflektiert, wobei der Winkel des Reflektors 10 zur Achse des Strahlenganges derart gewählt ist, daß die Reststrahlung einerseits nicht auf den teildurchlässigen Reflektor zurückstrahlt und andererseits auch nicht die Achse Sehobjekt-teildurchlässiger Spiegel 1 - Beobachter 21 streift. Die licht absorbierende Scheibe 11 ist beispielsweise ebenfalls als schwarze Fläche ausgebildet. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment for a light trap 2 , which consists of a residual light reflector 10 and a light-absorbing pane 11 . The residual light reflector 10 is provided with an exclusively directed reflecting smooth surface and consists of a material that absorbs the radiation in a volume that is not recognizable by scattering or that is transparent to the radiation. The rest of the light reflector in the exemplary embodiment is a directionally reflecting and transmitting disc 10 a , which is provided on its side facing away from the residual light path S 3 with a dark, preferably black, coating 10 b that is optically adjacent. The residual radiation is reflected on the residual light reflector on a light-absorbing disc 11 , the angle of the reflector 10 to the axis of the beam path being chosen such that the residual radiation on the one hand does not reflect back onto the partially transparent reflector and on the other hand does not reflect the axis of the partially object-permeable mirror 1 - observer 21 strips. The light-absorbing pane 11 is also designed, for example, as a black surface.

In Fig. 4 ist eine Ansicht der Beleuchtungs einrichtung in einem Gehäuse dargestellt. Das Gehäuse 12 ist mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen 13, 14 versehen, wobei die Öffnung 13 dem Beobachter 21 zugewandt ist. Zwischen den Öffnungen 13, 14 ist quer und schräg der teil durchlässige Spiegel angeordnet, und in der Zeichenebene links liegt die Lichtquelle, die durch eine transparente Scheibe 15 abgeschottet werden kann. Rechts ist im schrägen Winkel der die durchtretende Strahlung auf die licht absorbierende Fläche 11 lenkende Reflektor 10 vorgesehen. Die Öffnung ist zur Vermeidung von Verschmutzung abgedeckt, wobei die Abdeckung 16 aus einer transparenten Scheibe aber auch, wie in der Fig. 4 angedeutet, aus einer vergrößernden Optik oder einer abbildenden Optik bestehen kann. Auf diese Weise kann der zu betrachtende Gegen stand bei guter Beleuchtung vergrößert werden. Die Öffnung 14 ist nicht abgedeckt, damit keine störenden Reflexionen auftreten können. Neben dem Beobachterstrahlengang können in dem Gehäuse zwei weitere gegenüberliegende abgedeckte Öffnun gen 17, 18 vorgesehen sein, deren Mittelachse den Beleuchtungsstrahlengang kreuzt. Auf diese Weise kann der zu prüfende Gegenstand durch Verschwenken des Beobachterauges bei einer anderen Beleuchtung, beispielsweise der Allgemein beleuchtung betrachtet werden.In Fig. 4 a view of the lighting device is shown in a housing. The housing 12 is provided with two opposite openings 13 , 14 , the opening 13 facing the observer 21 . Between the openings 13 , 14 , the partially transparent mirror is arranged transversely and obliquely, and in the drawing plane on the left is the light source, which can be partitioned off by a transparent pane 15 . On the right, at an oblique angle, the reflector 10 which directs the radiation passing through onto the light-absorbing surface 11 is provided. The opening is covered to avoid contamination, whereby the cover 16 can also consist of a transparent pane, as indicated in FIG. 4, of a magnifying optic or an imaging optic. In this way, the object to be viewed can be enlarged with good lighting. The opening 14 is not covered so that no disturbing reflections can occur. In addition to the observer beam path, two further opposite covered openings 17 , 18 can be provided in the housing, the central axis of which crosses the illumination beam path. In this way, the object to be checked can be viewed by pivoting the observer's eye under different lighting, for example general lighting.

In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungs beispiel kann der Beobachtungsstrahlengang S 2 und der Beleuchtungsstrahlengang S 1 vertauscht werden, so daß der beleuchtende Strahlengang den teildurchlässigen Spiegel ohne Umlenkung passiert, während der Beobachterstrahlengang durch den teildurchlässigen Spiegel umgelenkt wird, wobei der Beobachter dann der Seite des teildurchlässigen Spiegels gegenüber plaziert ist, die durch die zu absorbierende Reststrahlung, d.h. der an dem teildurchlässigen Spiegel reflektierten Störstrahlung gekennzeichnet ist.In another embodiment, not shown, the observation beam path S 2 and the illumination beam path S 1 can be interchanged, so that the illuminating beam path passes the partially transparent mirror without deflection, while the observer beam path is deflected by the partially transparent mirror, the observer then being on the side of the is placed opposite the partially transparent mirror, which is characterized by the residual radiation to be absorbed, ie the interference radiation reflected on the partially transparent mirror.

In den Ausführungsbeispielen ist der teildurch lässige Spiegel eine ebene flache Scheibe, er kann aber auch als Prisma oder als anderer nicht ebener Spiegel ausgebildet werden, der die auf treffende Strahlung umformt.In the exemplary embodiments, this is partially through casual mirror a flat flat disc, he but can not be used as a prism or as another flat mirror are formed, the on transformed radiation.

Falls eine Lupe oder eine abbildende Optik oder eine Abschlußscheibe in dem Beobachterstrahlengang liegt, sollten diese entspiegelt sein.If a magnifying glass or an imaging optic or a lens in the observer beam path should be anti-reflective.

Anstelle des Beobachters 21 kann auch eine Kamera oder ein Videoauge oder dergleichen ange ordnet werden, die den Gegenstand "visuell" erfassen, wobei beispielsweise das Bild der Kamera mittels digitaler Bildverarbeitung weiter verarbeitet werden kann.Instead of the observer 21 , a camera or a video eye or the like can also be arranged, which "visually" detect the object, it being possible, for example, to further process the image of the camera by means of digital image processing.

Selbstverständlich ist die Ausbildung der Licht quelle nicht auf die Ausführungen nach Fig. 1 und Fig. 2 beschränkt, es können auch Licht quellen mit anderer Lichtverteilung gewählt werden.Of course, the design of the light source 2 is not on the embodiments according to FIGS. 1 and Fig. Restricted, it can also be selected light sources with a different light distribution.

Claims

1. Illumination device for the visual inspection of objects with a light source, characterized in that a transverse to the object ( 3 ) directed partially transparent mirror ( 1 ) is arranged transversely in the beam path of the light source ( 20 ) that an observer beam path ( S 2 ) is directed towards the object ( 3 ) over the side of the partially transparent mirror ( 1 ) facing away from the light source ( 20 ) and that a light trap ( 2 , 10 , 11 ) is seen before, which is arranged in such a way that it does not affect the Object ( 3 ) directed, through the partially transparent mirror ( 1 ) or reflected on the surface ( 3 ) of the partially transparent mirror ( 1 ) reflected residual radiation is absorbed.

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light trap ( 2 ) is designed as a matt black surface.

3. Lighting device according to claim 1, characterized in that the light trap is designed as a directionally reflecting surface mirror ( 10 ) which does not scatter in volume and which directs the residual radiation onto an absorbing surface ( 11 ).

4. Lighting device according to claim 3, characterized in that the surface mirror consists of a directionally reflecting and transmitting disc ( 10 a ) which is provided on one surface with a black coating ( 10 b ).

5. Lighting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the observer beam path ( S 2 ) in front of the partially transparent mirror ( 1 ) an enlarging and / or imaging optics ( 16 ) is arranged.

6. Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light source ( 20 ) is designed such that it emits a closely focused parallel radiation.

7. Lighting device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the Light source is designed such that it emits diffuse radiation.

8. Lighting device according to claim 7, characterized in that an aperture ( 9 ) for shielding against direct viewing is arranged in front of the diffusely radiating light source.

9. Lighting device according to one of claims 1 to 8, characterized in that light source ( 20 ), partially transparent mirror ( 1 ) and light trap ( 2 , 10 , 11 ) in a housing ( 12 ) with two opposite openings ( 13 , 14th ) are arranged, between which the partially transparent mirror ( 1 ) is inclined, the opening ( 14 ) facing the object being open and the opening ( 13 ) opposite this opening ( 14 ) through a transparent, preferably non-reflective pane or the enlarging or imaging optics ( 16 ) is covered.

10. Lighting device according to claim 9, characterized in that in addition to the observer beam path defined by the openings ( 13 , 14 ), a further observer beam path is arranged, which is formed by two mutually opposite openings ( 17 , 18 ), the central axis of the openings ( 17 , 18 ) cross the illumination beam aisle.

11. Use of a lighting device after one of claims 1 to 5, 8 to 10 and Claim 7 for testing for ladder components arranged with a plate Camera or a video eye or the like as an observer, the image information be processed digitally.