WO2006128317A1 - Verfahren zur beleuchtung und beleuchtungsanordnung - Google Patents

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Joachim Schwarz
Johann HÄRTL
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Elpatronic AG
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    • G01N2201/101—Scanning measuring head

Definitions

  • the invention relates to a lighting method and a pulsable illumination arrangement for illuminating image areas for taking pictures of image sequences by a sensor head according to claim 1 or claim 8.
  • Laser welding seams have been optically checked for defects in the weld seams for years.
  • a sensor head is mounted for this purpose, which takes pictures sequentially with an image area of about 10 x 10 mm. These image sequences are then optically-evaluated.
  • the welds and then on the welds the defects that appear through black dots must be recognized.
  • the sheets to be welded from 20 to 50 cm / s thus result in very short image repetition times. These are usually 40 to 60 ms, but can also be shortened to 10 ms in special cases.
  • the recording time of the sensor head is about 2 ms.
  • the remaining time until the next pulse is used for the transmission and evaluation of the data and for the feed until the next image section is within the field of view of the sensor head.
  • the respective image section must be illuminated. This is done with a very short pulsed illumination system of at most 20 ⁇ s, preferably between 5 and 10 ⁇ s. This ensures that the images are sharp and not blurred by the continuous relative motion between the sensor head and the image surface.
  • the light of a sufficiently bright xenon flash lamp is used for the illumination and projected onto the image plane by means of light guides.
  • the design of the light guide allows it to be mounted on both sides with respect to the direction of movement of the sensor head next to this and directed vertically downwards. They are located approximately halfway between the image surface and the sensor head.
  • These lamps allow a pulsed illumination in the required intensity of at least 5 W / cm ⁇ , preferably about 10 W / cm2 in the required pulse times and repetition rates.
  • Lighting arrangements are known from DE-C-101 17 048, US-A-5,365,084, US-A-5,264,678, DE-U-20004 014797, US-A-5,978,090, DE-A-195 05 832, EP-A-0 431 751, EP-AI 455 179 and US-A-205/0041852.
  • the object of the invention is to describe a method and a lighting arrangement which, independently of the individual sheet thicknesses used, always illuminates each image surface optimally for each image of an image sequence in such a way that both the seam and the defects can be found well.
  • the method or the illumination arrangement serves to illuminate image areas for taking pictures of image sequences of a step forming welds.
  • the recording is carried out in particular by a sensor head with a picture repetition time of 60 ms or shorter and with an illumination duration of at most 20 ⁇ s per pulse and delivers a total light intensity of at least 5 W on a screen of 1 cm 2.
  • a multiplicity of individually activatable light sources are used which have surface-emitting laser diodes, wherein for each pulse of an image sequence those light sources can be optionally activated which optimally illuminate the image area or so that the contrast between the weld seam and possibly existing defects is maximum is.
  • Fig. 1-4 In each case a profile through two connected to a weld sheets of different thickness with incident and reflecting light beams with different angles of incidence of the light sources;
  • Fig. 5-8 In each case an image taken at a sensor head of a corresponding configuration;
  • Fig. 9 A profile through two with a
  • Fig. 1 shows a profile through two connected to a weld seam 2 sheets 1, 2, wherein the one sheet 1 is thicker than the other sheet 2.
  • the arrows 5 in the sheet direction denote incident, which deflected away from the sheets arrows 6 light rays.
  • FIG. 1 It can be seen from FIG. 1 that the light beams 5 impinging on the weld seam 3 are not reflected perpendicularly like the other light beams striking the sheets 1, 2, but are deflected at a certain angle according to the arrow 7.
  • FIG. 2 represents the same facts as Fig. 1 with the only difference that the thickness difference of the sheets 1, 2 is greater. As a result, the light beams 7 reflected at the welding seam 3 are deflected considerably more strongly from the normal.
  • Figures 5 and 6 illustrate the corresponding images taken by a sensor head on the respective image surfaces.
  • the sheets 1, 2 are very bright in both pictures, since the reflected light beams 6 directly to the
  • the weld seam 3 is to some extent easily recognizable in FIG. 5 as a gray stripe, and in FIG. 6 as a black stripe even very well.
  • a defect 4 will appear on a picture as a black dot. Such a point is still fairly well recognizable in FIG. 5, but hardly any longer in FIG.
  • FIG. 3 and 4 An alternative illumination system, shown in Fig. 3 and 4, illuminates the sheets 1, 2 at a 45 ° angle, wherein the difference of the sheet thicknesses 1, 2 in Fig. 3 and small in Fig. 4 is larger, according to Fig. 1 and 2. It can be seen from the figures that the light rays 7 reflected at the weld seam 3 hardly reach the sensor head in the arrangement according to FIG. 3, which is arranged (not shown) perpendicularly above the weld seam 3. The in Fig. 4 at the
  • FIGS. 7 and 8 again show the corresponding images which can be picked up by a sensor head on the corresponding image surfaces.
  • the sheets 1, 2 are very dark in both images, since the reflected light beams 6 hardly reach the sensor head.
  • the weld seam 3 is barely discernible in FIG. 7 as a dark gray stripe, but is very good in FIG. 8 as a light stripe.
  • a defect 4 in turn appears as a black dot in appearance. Such a point 4 is only weakly recognizable in FIG. 7, but again very good in FIG. 8, since the contrast from the weld seam 3 to the fault point 4 is optimal.
  • the weld seam 3 should be able to be displayed as light as possible, so that a defect 4, which always appears black, can be recognized simply and reliably by maximum contrast to the weld seam 3.
  • the optimum angle of incidence accordingly changes with the difference in thickness of the sheets 1, 2: the greater the difference in thickness, the more the optimum irradiation direction 5 of the illumination system must deviate from the normal. It should be noted that different thicknesses are connected to one another in a weld seam 3, so that the optimum irradiation direction 5 changes during a weld seam.
  • the inventive method or arrangement solves the problem with immovable components, apart of course from the movement in the direction of the weld 3.
  • a movable lighting system would have to meet very high mechanical requirements in view of the high image repetition rate in order to always be in the correct position ,
  • FIG. 9 shows an example of a lighting arrangement 10 according to the invention, which can illuminate an image area 8 in the area of a weld seam 3 between two sheets 1, 2.
  • a sensor head is received at a distance of about 10 mm along the entire weld seam.
  • the arrangement 10 is arranged approximately in the middle between the sensor head 9 and the image surface 8 and consists of a plurality of light sources 12, which are arranged on both sides of the sensor head 9 in the direction of the weld seam 3.
  • a typical distance to the sheets 1, 2 is 30 to 50 mm.
  • These light sources 12 are all directed onto the image surface 8 and are preferably arranged on a circular arc at different angles of incidence with respect to the image surface 8. Depending on the angle of the surface 3 of the
  • Welding seams are preferably made of other of these light sources.
  • len 12 used to 'optimal lighting to achieve.
  • the image area is approx. 10 x 10 mm.
  • These light sources 12 must meet very high requirements. They must be pulsatile with a pulse repetition time of 60 ms or shorter, with the
  • Duration of illumination may not exceed 20 ⁇ s, preferably between 5 and 10 ⁇ s.
  • the light intensity must be so strong that each image is illuminated with about 10 W.
  • these 10 watts can be distributed over four light sources 12. In this case, every light source 12 must provide 2.5W.
  • Such a light source 12 is achieved by diode lasers, also called semiconductor lasers, wherein surface-emitting laser diodes are used.
  • diodes in which multimodes are used so that no interference occurs because they could disturb the image analysis as bright points.
  • Surface emitting laser diodes are known by the name VCSEL (Vertical Surface Emitting Laser). These are semiconductor lasers that emit their light in a cylindrical beam vertically from the semiconductor wafer. These lasers are used for optical communication and can operate, for example, in wavelengths of 780 nm and 850 nm.
  • the light sources 12 are very powerful and consist of a plurality of laser diodes 13, which are arranged for example in a row or in a circle.
  • a light source 12 includes about 30 to 70, preferably 50 laser diodes 13 in a row to about 10 mm in length.
  • the diode lasers can be flexibly arranged at any angle of incidence and switched from image to image. As a result, for each image, those of the light sources 12 can be activated, which overall result in optimum illumination of the weld seam 3 for the sensor head, so that, on the one hand, these are easily recognizable in the weld seam compared to the sheets 1, 2 and, on the other hand, a fault location 4 is.
  • the illumination arrangement 10 can have stored, predetermined data for each pulse of an image sequence which contain the information of the light sources 12 to be activated in order to optimally illuminate the image area 8. These data can be determined in a series production in advance in test runs. For this purpose, in addition to the weld seams 3, a certain number of triangulation points on the sheets 1, 2 are measured in the pictures, on the basis of which the relevant geometries, in particular the differences in thickness of the sheets 1, 2 and / or the inclination of the weld seam 3, are determined can. From these data, the optimal illumination directions are determined and those light sources 12 are determined which are to be activated for the respective pulse. These data are then stored and made available at each repetition of the same welding process, for the control of the inventive lighting system.
  • the arrangement contains a controller which, for each pulse of an image sequence on the basis of evaluations of at least one previous image, can interactively determine the information about those light sources which optimally illuminates the respective image area.
  • the first Picture is a default setting.
  • triangulation points on the metal sheets 1, 2 are measured in the same way as in the first example and evaluated to determine the light sources 12 to be activated for each pulse. In contrast to the first example, this determination and evaluation is performed interactively.
  • the necessary data for a pulse are obtained from the evaluations of one of several data previously determined in the same image sequence. This allows individual adaptation and is desirable above all for large fluctuations in the sheet metal parameters.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Beleuchtungsanordnung (10) zur Beleuchtung von Bildflächen (8) für Aufnahmen von Bildsequenzen durch einen Sensorkopf (9) mit einer Bildwiederholungszeit von 60 ms oder kürzer und mit einer Beleuchtungsdauer von höchstens 20 s pro Puls, wobei es eine gesamte Lichtstärke von mindestens 5 W auf einer Bildfläche von 1 cm2 liefert. Es besteht aus einer Vielzahl von einzeln aktivierbaren, geeignet lichtstarken Lichtquellen (12) mit oberflächen-emittierenden Laserdioden, von denen für jeden Puls einer Bildsequenz diejenigen Lichtquellen (12) wahlweise aktiviert werden können, welche die Bildfläche (8) optimal ausleuchten.

Description

Verfahren zur Beleuchtung und Beleuchtungsanordnung
Hinweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der schweizerischen Patentanmeldung Nr. 00936/05, die am 3. Juni 2005 eingereicht wurde und deren ganze Offenba- rung hiermit durch Bezug aufgenommen wird.
Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsverfahren und eine pulsbare Beleuchtungsanordnung zur Beleuchtung von Bildflächen für Aufnahmen von Bildsequenzen durch einen Sensorkopf gemäss dem Anspruch 1 bzw. dem Anspruch 8.
Stand der Technik
In der Industrie werden Beleuchtungssysteme vielerorts eingesetzt, beispielsweise für die optische
Qualitätsüberprüfung von technischen Vorgängen. So werden Laserschweissnähte seit Jahren serienmässig optisch auf Fehler in den Schweissnähten überprüft. Wenig hinter einem Laser, der die zu verschweissenden Bleche miteinan- der verbindet, wird zu diesem Zweck ein Sensorkopf montiert, der sequentiell Bilder mit einer Bildfläche von etwa 10 x 10 mm aufnimmt. Diese Bildsequenzen werden daraufhin optisch -ausgewertet . Dazu müssen zuerst die Schweissnähte und anschliessend auf den Schweissnähten die Fehlstellen, welche durch schwarze Punkte in Erscheinung treten, erkannt werden. Bei einer relativen Laufgeschwindigkeit zwischen dem Laser mit dem Sensorkopf und den zu verschweissenden Blechen von 20 bis 50 cm/s ergeben sich somit sehr kurze Bildwiederholungszeiten. Diese liegen in der Regel bei 40 bis 60 ms, können aber in Spe- zialfallen auch bis 10 ms verkürzt werden. Die Aufnahmezeit des Sensorkopfes beträgt etwa 2 ms. Die restliche Zeit bis zum nächsten Puls wird für die Übertragung und Auswertung der Daten verwendet und für den Vorschub, bis der nächste Bildausschnitt im Sichtbereich des Sensorkopfes liegt. Während der Aufnah- mezeit von 2 ms muss der jeweilige Bildausschnitt beleuchtet werden. Dies geschieht mit einem sehr kurz gepulsten Beleuchtungssystem von höchstens 20 μs, vorzugsweise von zwischen 5 und 10 μs . Dadurch wird gewährleistet, dass die Bildaufnahmen scharf sind und nicht durch die kontinuierliche relative Bewegung zwischen Sensorkopf und Bildfläche verschwommen wird.
Für die Beleuchtung wird nach dem Stand der Technik das Licht einer ausreichenden hellen Xenon Blitzlampe verwendet und mittels Lichtleitern auf die Bildebe- ne projiziert. Die Gestaltung der Lichtleiter erlaubt es, beidseitig in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Sensorkopfs neben diesem angebracht und vertikal nach unten gerichtet zu sein. Sie befinden sich etwa im halben Abstand zwischen Bildfläche und Sensorkopf. Diese Lampen erlauben eine gepulste Beleuchtung in der geforderten Intensität von mindestens 5 W/cm^, vorzugsweise etwa 10 W/cm2 in den geforderten Pulszeiten und Wiederholungsraten. Beleuchtungsanordnungen sind aus DE-C-101 17 048, US-A- 5,365,084, US-A-5,264,678, DE-U-20004 014797, US-A- 5,978,090, DE-A-195 05 832, EP-A-I 431 751, EP-A-I 455 179 und US-A-205/0041852 bekannt.
Problematisch wird die Fehlererkennung aber, wenn die Schweissnaht zwei ungleich dicke Bleche verbindet. In diesem Fall ist die Schweissnaht selbst nicht mehr horizontal, sondern liegt in einer zur Horizontalen abgewinkelten Verbindungsfläche der Bleche. Das Licht wird an dieser abgewinkelten Schweissnaht vom Sensorkopf weg gestreut, so dass sie für den Sensorkopf dunkel in Erscheinung tritt. Dies erleichtert zwar die Nahtfindung, da die Naht viel dunkler in Erscheinung tritt als die horizontal liegenden Bleche, erschwert aber die Auffindung der Fehlerstellen, da sich diese farblich kaum von der Naht unterscheiden.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Beleuchtungsanordnung zu beschreiben, welche unabhängig der einzelnen verwendeten Blechdicken stets für jedes Bild einer Bildsequenz jede Bildfläche derart opti- mal ausleuchtet, dass sowohl die Naht als auch die Fehlstellen gut gefunden werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren bzw. eine Beleuchtungsanordnung gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8. Das Verfahren bzw. die Beleuchtungsanordnung dient zur Beleuchtung von Bildflächen für Aufnahmen von Bildsequenzen von eine Stufe bildenden Schweissnähten. Die Aufnahme erfolgt insbesondere durch einen Sensorkopf mit einer Bildwiederholungszeit von 60 ms oder kürzer und mit einer Beleuchtungsdauer von höchstens 20 μs pro Puls und liefert eine gesamte Lichtstärke von mindestens 5 W auf einer Bildfläche von 1 cm2. Es wird eine Vielzahl von einzeln aktivierbaren Lichtquellen verwendet, die oberflächenemittierende Laserdioden aufweisen, wobei für je- den Puls einer Bildsequenz diejenigen Lichtquellen wahlweise aktiviert werden können, welche die Bildfläche optimal ausleuchten bzw. so, dass der Kontrast zwischen der Schweissnaht und eventuell vorhandenen Fehlstellen maximal ist. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unter Mithilfe der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1-4: Jeweils ein Profil durch zwei mit einer Schweissnaht verbundene Bleche verschiedener Dicke mit auftreffenden und reflektierenden Lichtstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln der Lichtquellen; Fig. 5-8: Jeweils ein an einem Sensorkopf aufgenommenes Bild einer entsprechenden Konfiguration;
Fig. 9: Ein Profil durch zwei mit einer
Schweissnaht verbundene Bleche mit einem erfindungsgemäs- sen Beleuchtungssystem und einem Sensorkopf; und Fig. 10: ein Modul mit darin angebrachten
Lichtquellen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Profil durch zwei mit einer Schweissnaht 2 verbundene Bleche 1, 2, wobei das eine Blech 1 dicker ist als das andere Blech 2. Die Pfeile 5 in Blechrichtung bezeichnen dabei einfallende, die von den Blechen wegführenden Pfeile 6 reflektierte Lichtstrahlen.
Aus der Fig. 1 ist erkennbar, dass die auf die Schweissnaht 3 auftreffenden Lichtstrahlen 5 nicht wie die anderen auf die Bleche 1, 2 auftreffenden Licht- strahlen senkrecht reflektiert werden, sondern in einem gewissen Winkel abgelenkt werden gemäss dem Pfeil 7. Fig. 2 stellt denselben Sachverhalt dar wie Fig. 1 mit dem einzigen Unterschied, dass der Dickenunterschied der Bleche 1, 2 grösser ist. Dadurch werden die an der Schweiss- naht 3 reflektierten Lichtstrahlen 7 erheblich stärker von der Normalen abgelenkt. Die Fig. 5 und 6 stellen die entsprechenden Bilder dar, die durch einen Sensorkopf an den entsprechenden Bildflächen aufgenommen werden.
Die Bleche 1, 2 sind in beiden Bildern sehr hell, da die reflektierten Lichtstrahlen 6 direkt zum
Sensorkopf gelangen. Die Schweissnaht 3 ist in Fig. 5 als grauer Streifen einigermassen gut erkennbar, in Fig. 6 als schwarzer Streifen sogar sehr gut. Eine Fehlstelle 4 wird auf einem Bild als schwarzer Punkt in Erscheinung treten. Ein solcher Punkt ist in Fig. 5 noch einigermassen gut erkennbar, in Fig. 6 allerdings kaum mehr.
Ein alternatives Bleuchtungssystem, dargestellt in Fig. 3 und 4, beleuchtet die Bleche 1, 2 in einem 45° Winkel, wobei der Unterschied der Blechdicken 1, 2 in Fig. 3 gering und in Fig. 4 grösser ist, entsprechend Fig. 1 und 2. Aus den Figuren ist erkennbar, dass die an der Schweissnaht 3 reflektierten Lichtstrahlen 7 in der Anordnung gemäss Figur 3 kaum zum Sensorkopf gelangen, der (nicht dargestellt) senkrecht oberhalb der Schweissnaht 3 angeordnet ist. Die in Fig. 4 an der
Schweissnaht 3 reflektierten Lichtstrahlen 7 können allerdings sehr gut erkannt werden.
In den Fig. 7 und 8 sind wiederum die entsprechenden Bilder dargestellt, die durch einen Sensor- köpf an den entsprechenden Bildflächen aufgenommen werden können .
Die Bleche 1, 2 sind in beiden Bildern sehr dunkel, da die reflektierten Lichtstrahlen 6 kaum zum Sensorkopf gelangen. Die Schweissnaht 3 ist in Fig. 7 als dunkelgrauer Streifen kaum erkennbar, in Fig. 8 aber als heller Streifen sehr gut. Eine Fehlstelle 4 tritt wiederum als schwarzer Punkt in Erscheinung. Ein solcher Punkt 4 ist in Fig. 7 nur noch schwach erkennbar, in Fig. 8 allerdings wiederum sehr gut, da der Kontrast von der Schweissnaht 3 zur Fehlerstelle 4 optimal ist.
Es ist daher erstrebenswert, die Bleche 1, 2 in einem gewissen Winkel zu beleuchten, damit diese im Bild schwarz dargestellt werden. Die Schweissnaht 3 aber soll möglichst hell dargestellt werden können, damit eine Fehler 4, der stets schwarz in Erscheinung tritt, durch maximalen Kontrast zur Schweissnaht 3 einfach und zuver- lässig erkennbar wird. Der optimale Einfallswinkel verändert sich demnach mit dem Dickenunterschied der Bleche 1, 2: Je grösser der Dickenunterschied, desto mehr muss die optimale Einstrahlrichtung 5 des Beleuchtungssystems von der Normalen abweichen. Zu beachten ist, dass in einer Schweissnaht 3 jeweils verschiedene Dicken miteinander verbunden werden, so dass sich die optimal Einstrahlrichtung 5 während einer Schweissnaht verändert.
Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die An- Ordnung löst die Aufgabe mit nichtbeweglichen Komponenten, abgesehen natürlich von der Bewegung in Laufrichtung der Schweissnaht 3. Ein bewegliches Beleuchtungssystem müsste in Anbetracht der hohen Bildwiederholungsrate sehr hohen mechanischen Anforderungen genügen, um stets in der richtigen Lage zu sein.
Fig. 9 stellt ein Beispiel einer erfindungs- gemässen Beleuchtungsanordnung 10 dar, welches eine Bildfläche 8 in der Gegend einer Schweissnaht 3 zwischen zwei Blechen 1, 2 beleuchten kann. Mittig oberhalb der Schweissnaht3 ist ein Sensorkopf im Abstand von etwa 10 mm entlang der gesamten Schweissnaht aufnimmt.
Die Anordnung 10 ist etwa in der Mitte zwischen dem Sensorkopf 9 und der Bildfläche 8 angeordnet und besteht aus mehreren Lichtquellen 12, welches beid- seitig des Sensorkopfes 9 in Richtung Schweissnaht 3 angeordnet sind. Ein typischer Abstand zu den Blechen 1, 2 beträgt 30 bis 50 mm. Diese Lichtquellen 12 sind alle auf die Bildfläche 8 gerichtet und vorzugsweise auf einem Kreisbogen, in verschiedenen Einfallswinkeln zur Bildflä- che 8, angeordnet. Je nach Winkel der Oberfläche 3 der
Schweissnaht werden vorzugsweise andere dieser Lichtquel- len 12 eingesetzt, um 'eine optimale Beleuchtung zu erzielen. Die Bildfläche ist ca. 10 x 10 mm gross.
In diesem Ausführungsbeispiel sind beidseitig je 6 solcher Lichtquellen 12 dargestellt. Es kann auch eine beliebig andere Zahl zwischen 2 und 10 gewählt werden. In dieser vorteilhaften Ausführung wurden jeweils zwei Lichtquellen 12 zu einem Modul 11 zusammengefasst, wie in Fig. 3 dargestellt. Alternativ dazu können beispielsweise auch alle Lichtquellen 12 in einem, zwei oder vier Modulen zusammengefasst werden, oder jede Lichtquelle 12 kann einzeln im Beleuchtungssystem 10 angebracht sein.
Diese Lichtquellen 12 müssen sehr hohen Anforderungen genügen. Sie müssen pulsbar sein mit einer Pulswiederholungszeit von 60 ms oder kürzer, wobei die
Beleuchtungsdauer höchstens 20 μs betrafen darf, vorzugsweise zwischen 5 und 10 μs . Zudem muss die Lichtstärke so stark sein, dass jedes Bild mit etwa 10 W beleuchtet wird. Diese 10 Watt können beispielsweise auf vier Licht- quellen 12 verteilt sein. In diesem Fall muss jede Lichtquelle 12 2.5 W leisten.
Eine solche Lichtquelle 12 wird durch Diodenlaser, auch Halbleiterlaser genannt, erreicht, wobei oberflächenemittierende Laserdioden verwendet werden. Vorzugsweise Dioden bei denen Multimoden verwendet werden, damit keine Interferenzen auftreten, da diese als helle Punkte die Bildauswertung stören könnten. Oberflächenemittierende Laserdioden sind unter der Bezeichnung VCSEL (Vertical Surface Emitting Laser) bekannt. Dabei handelt es sich um Halbleiterlaser, die ihr Licht in einem zylindrischen Strahl vertikal vom Halbleiterwafer aus abgeben. Diese Laser werden für optische Kommunikation verwendet und können z.B. in Wellenlängen von 780 nm und 850 nm arbeiten. Die Lichtquellen 12 sind sehr leistungs- stark und bestehen aus einer Vielzahl von Laserdioden 13, die beispielsweise in einer Reihe oder in einem Kreis angeordnet sind. Zum Beispiel enthält eine Lichtquelle 12 etwa 30 bis 70, vorzugsweise 50 Laserdioden 13 in einer Reihe auf etwa 10 mm Länge.
Die Diodenlaser können flexibel, in beliebigen Einstrahlwinkeln angeordnet und von Bild zu Bild um- geschaltet werden. Dadurch können für jedes Bild diejenigen der Lichtquellen 12 aktiviert werden, welche im gesamten eine optimale Beleuchtung der Schweissnaht 3 für den Sensorkopf ergeben, so dass einerseits diese im Vergleich zu den Blechen 1, 2 und andererseits eine Fehler- stelle 4 in der Schweissnaht gut erkennbar ist.
Dieses Umschalten von Bild zu Bild kann auf verschiedene Arten zustande kommen. Beispielsweise kann die Beleuchtungsanordnung 10 über gespeicherte, vorgegebene Daten für jeden Puls einer Bildsequenz verfügen, welche die Angaben der zu aktivierenden Lichtquellen 12 enthalten, um die Bildfläche 8 optimal auszuleuchten. Diese Daten können in einer Serienproduktion vorgängig in Testläufen ermittelt werden. Dazu werden in den Bildern zusätzlich zu den Schweissnähten 3 auch eine gewisse An- zahl Triangulationspunkte auf den Blechen 1, 2 vermessen, auf Grund derer die relevanten Geometrien, insbesondere die Dickenunterschiede der Bleche 1, 2 und/oder der Neigung der Schweissnaht 3 ermittelt werden können. Aus diesen Daten werden die optimalen Beleuchtungsrichtungen er- mittelt und diejenigen Lichtquellen 12 bestimmt, welche für den jeweiligen Puls aktiviert werden sollen. Diese Daten werden anschliessend abgespeichert und bei jeder Wiederholung desselben Schweissvorgangs zur Verfügung gestellt, für die Steuerung des erfindungsgemässen Beleuch- tungssystems.
Eine andere Möglichkeit besteht in der interaktiven Ermittlung der optimalen Beleuchtung. Zu diesem Zweck enthält die Anordnung eine Steuerung, welche für jeden Puls einer Bildsequenz auf Grund von Auswertungen mindestens eines früheren Bildes die Angaben über diejenigen Lichtquellen interaktiv ermitteln kann, welche die jeweilige Bildfläche optimal ausleuchtet. Für das erste Bild wird eine Standardeinstellung gewählt. Dazu werden auf die selbe Weise wie im ersten Beispiel Triangulationspunkte auf den Blechen 1, 2 vermessen und zur Bestimmung der für jeden Puls zu aktivierenden Lichtquellen 12 ausgewertet. Im Unterschied zum ersten Beispiel wird diese Bestimmung und Auswertung aber interaktiv durchgeführt. Die notwendigen Daten für einen Puls werden aus den Auswertungen eines der mehrerer in derselben Bildsequenz vorher ermittelten Daten gewonnen. Dies erlaubt eine individuelle Anpassung und ist vor allem bei grossen Schwankungen der Blechparameter wünschenswert.
Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen, der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des ümfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beleuchtung einer Bildfläche
(8) umfassend eine Schweissnaht (3), die zwei Bleche (1,2) unterschiedlicher Dicke verbindet, mittels einer Beleuchtungsanordnung (10) mit einer Mehrzahl von pulsbar betreibbaren Lichtquellen (12) zur Aufnahme von Bildse- quenzen der Schweissnaht mittels eines Sensors (9), wobei jede Lichtquelle (12) eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden Laserdioden (13) umfasst, wobei die Lichtquellen (12) einzeln aktivierbar sind und für jeden Puls einer Bildsequenz mindestens eine Lichtquelle aktiviert wird, wobei die mindestens eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen derart aktiviert wird bzw. werden, dass die Bildfläche (8) derart beleuchtet ist, dass der Kontrast zwischen der Schweissnaht (3) und Fehlstellen (4) der Schweissnaht maximal ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme der Bildsequenzen mit einer Bildwiederholungszeit von 60 msec oder kürzer und mit einer Beleuchtungsdauer von höchstens 20 μsec pro Puls und einer Lichtstärke von mindestens 5 Watt auf einer Bildfläche (8) von 1 cm^ er- folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beleuchtungsanordnung gespeicherte vorgegebene Daten aufweist, die angeben welche Lichtquellen (12) für jeden Puls einer Bildsequenz zu aktivieren sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für einen Puls einer Bildsequenz auf Grund der Auswertung mindestens eines vorgängigen Bildes der Bildsequenz die zu aktivierenden Lichtquellen ermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die La- serdioden (13) Multimodenlaser Dioden sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lichtquellen (12) zweiseitig des Sensorkopfes (9) angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der Lichtquellen (12) in eine Linie ausgestaltet ist, die einen bestimmten Einfallswinkel zur Bildfläche (8) aufweist.
8. Pulsbare Beleuchtungsanordnung (10) zur Beleuchtung von Bildflächen (8) für Aufnahme von Bildse- quenzen durch einen Sensorkopf (9) mit einer Bildwiederholungszeit von 60 ms oder kürzer, mit einer Beleuchtungsdauer von höchstens 20 μs pro Puls und einer gesamten Lichtstärke von mindestens 5 W auf eine Bildfläche (8) von 1 cm^, wobei die Anordnung aus einer Vielzahl von einzeln aktivierbaren Lichtquellen (12) besteht, von denen für jeden Puls einer Bildsequenz diejenigen Lichtquellen (12) aktiviert werden können, welche die Bildfläche (8) optimal ausleuchten, wobei jede Lichtquelle (12) eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Laserdioden (13) umfasst.
9. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8, wobei die Laserdioden (13) Multimodenlaser Dioden sind.
10. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Lichtquellen (12) zweiseitig des Sensorkopfes (9) angeordnet sind.
11. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei jede der Lichtquellen (12) in eine Linie ausgestaltet ist, die einen bestimmten Einfallswinkel zur Bildfläche (8) aufweist.
12. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11, wobei jeweils in jeder Linie zwischen 30 und 70 Laserdioden angeordnet sind.
13. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei jeder der Lichtquellen (12) kreisförmig ausgestaltet ist, der einen bestimmten Einfallswinkel zur Bildfläche aufweist.
14. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Abstand von der Bildfläche (8) zu den Lichtquellen (12) zwischen 20 und 70 mm, vorzugsweise 30 bis 50 mm beträgt.
15. Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei auf zwei Seiten des Sensorkopfes (9) jeweils zwischen 2 und 10 Linien von Lichtquellen (12) angeordnet sind.
16. Beleuchtungsanordnung nach einem der An- sprüche 8 bis 15, wobei die Anordnung über gespeicherte, vorgegebene Daten für jeden Puls einer Bildsequenz verfügt, welche die Angaben der zu aktivierenden Lichtquellen (12) enthalten, um die Bildfläche (9) optimal auszuleuchten.
17. • Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, wobei die Anordnung eine Steuerung enthält, welche für jeden zweiten und weiteren Puls einer Bildsequenz auf Grund von Auswertungen mindestens eines früheren Bildes die Angaben über diejenigen Lichtquellen (12) interaktiv ermitteln kann, welche die jeweilige Bildfläche (8) optimal ausleuchtet.
18. Beleuchtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei die beleuchtete Bildfläche ca. 10 mm x 10 mm beträgt.
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