Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Beleuchtung von Objekten, wie beispielsweise Werkstücken, zur optischen Erkennung von Objekterkennung. In modernen Fertigungsanlagen besteht oft die Notwendigkeit der optischen Erfassung bzw. Erkennung von Objekten, wie beispielsweise Werkstücken, Erzeugnissen und dergleichen. Hierzu werden die Oberflächen von Objekten üblicherweise mit Wei ßlicht beleuchtet, wobei das von einer Objektoberfläche zurückgeworfene Licht optisch erfasst und ggf. weiterverarbeitet wird, um ein Abbild des Objektes zu erhalten. .

Die optische Erfassung bzw. die Analyse des optisch erfassten Abbildes des Objektes kann jedoch durch Störlicht, beispielsweise durch Umgebungslicht wie Hallenbeleuchtung oder durch Streulicht, gestört werden. Aus diesem Grund besteht die Notwendigkeit, den Einfluss von Störlicht bei der optischen Erfassung von Objekten insbesondere in Fertigungsanlagen zu reduzieren.

Hierzu kann zwar die Intensität der Objektbeleuchtung erhöht werden. Dies kann jedoch zur Erzeugung eines weiteren Störlichts führen, das beispielsweise benachbarte optische Erfassungen stören kann. Eine andere Möglichkeit der Reduktion des Einflusses des Störlichtes besteht darin, das Störlicht optisch zu erfassen und die Intensität der Objektbeleuchtung im spektralen Bereich des Störlichts zu reduzieren, um eine homogene Objektausleuchtung zu erhalten. Dies ist jedoch insbesondere dann problematisch, wenn der spektrale Intensitätsverlauf des Störlichts zeitlichen Schwankungen unterliegt, was beispielsweise bei künstlicher Beleuchtung oder zu unterschiedlichen Tageszeiten der Fall ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zur Beleuchtung von Stoffoberflächen zu schaffen, bei dem der Einfluss von Störlicht reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der Beschreibung, der Zeichnungen sowie der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Anpassung eines Beleuchtungslichts, das zur Beleuchtung einer Stoffoberfläche, beispielsweise einer Oberfläche eines Werkstückes, herangezogen werden soll, gelöst werden kann.

Hierzu wird die Stoffoberfläche zumindest zweimal beleuchtet, wobei in einem ersten Beleuchtungsvorgang das spektrale Remissionsverhalten der Stoffoberfläche erfasst wird. Das spektrale Remissionsverhalten der Stoffoberfläche, welches durch ein von der Stoffoberfläche kommendes Messlicht charakterisiert wird, wird benutzt, um das Beleuchtungslicht, bzw. dessen spektrale Charakteristik, insbesondere Farbtemperatur, an das Messlicht anzupassen.

Auf diese Weise wird das Spektrum bzw. die Farbzusammensetzung des zur Beleuchtung der Stoffoberfläche zu verwendenden Beleuchtungslichtes an die optischen Eigenschaften der Stoffoberfläche angepasst. Zeichnet sich die Stoffoberfläche beispielsweise durch eine stärkere Intensität des reflektierten Lichts in einem ersten Spektralbereich als in einem zweiten Spektralbereich aus, so kann die Intensität des Beleuchtungslichts in dem ersten Spektralbereich höher sein als die Intensität des Beleuchtungslichts in dem zweiten Spektralbereich. Auf diese Weise wird die Stoffoberfläche spektral dort mit stärkerer Intensität beleuchtet, wo eine stärkere Antwortintensität zu erwarten ist. Absorbiert die Stoffoberfläche hingegen Licht einer bestimmten Wellenlänge, so kann beispielsweise auf die Beleuchtung der Stoffoberfläche bei dieser Wellenlänge verzichtet werden. Dies führt auch zu einer energieeffizienten Beleuchtung von Stoffoberflächen.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Beleuchten einer Stoffoberfläche mit einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Stoffoberfläche mit einem Kalibrierungslicht, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines von der Stoffoberfläche ansprechend auf das Kalibrierungslicht ausgesandten Messlichts, und einer Prozessoreinrichtung zum Erfassen der spektralen Charakteristik des Messlichts, welche ein spektrales Remissionsverhalten der Stoffoberfläche charakterisiert; wobei die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet ist, ein Beleuchtungslicht zum Beleuchten der Stoffoberfläche zu erzeugen, das eine spektrale Charakteristik aufweist, welche der spektralen Charakteristik des Messlichts entspricht. Gemäß einer Ausführungsform ist das Messlicht ein an der Stoffoberfläche ansprechend auf das Kalibrierungslicht reflektiertes Licht, oder ein von der Stoffoberfläche ansprechend auf das Kalibrierungslicht re-emittiertes Licht, oder ein von der Stoffoberfläche

ansprechend auf das Kalibrierungslicht emittiertes Licht. Gemäß einer Ausführungsform ist die spektrale Charakteristik des Messlichts ein

Farbspektrum des Messlichts gemäß einem Farbraum, ein Wellenlängenspektrum des Messlichts, oder ein Frequenzspektrum des Messlichts.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, das

Beleuchtungslicht mit einer spektralen Charakteristik zu erzeugen, welche der spektralen Charakteristik des Messlichts innerhalb eines Toleranzbereichs, beispielsweise 1 %, 5% oder 10%, entspricht, insbesondere gleicht.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung ausgebildet, eine Angabe über spektrale Charakteristik des Messlichts an die Beleuchtungseinrichtung zu übermitteln. Dadurch kann die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise gesteuert werden, um das gewünschte Beleuchtungslicht zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung ausgebildet, die

Beleuchtungseinrichtung zum Einstellen der spektralen Charakteristik des

Beleuchtungslichts in Abhängigkeit von der spektralen Charakteristik, insbesondere gemäß der spektralen Charakteristik des Messlichts, anzusteuern.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Beleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtelementen zum Aussenden von Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw.

unterschiedlicher Farben auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, zumindest ein Lichtelement der Mehrzahl der Lichtelemente, insbesondere jedes Lichtelement der Mehrzahl der Lichtelemente, zum Aussenden von Licht einer vorbestimmten Intensität anzusteuern, um die spektrale Charakteristik des Beleuchtungslichts einzustellen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung ausgebildet, eine

Charakteristik der Stoffoberfläche auf der Basis des Messlichts zu erfassen.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Erfassungseinrichtung einen optischen Sensor zum Erfassen des Messlichts.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung einen optischen Sensor zum Erfassen eines Ist-Beleuchtungslichts, wobei die Prozessoreinrichtung ausgebildet ist, einen Unterschied zwischen einer spektralen Charakteristik des Ist- Beleuchtungslichts und einer spektralen Charakteristik eines Soll-Beleuchtungslichts zu erfassen und die Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Unterschied anzusteuern. Dadurch kann das Beleuchtungslicht regelnd nachgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung ausgebildet, ein von der Stoffoberfläche ansprechend auf das Beleuchtungslicht ausgesandtes Abbildlicht zu erfassen.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessoreinrichtung ausgebildet, das Abbildlicht in ein Prüfbild, insbesondere in ein digitales Prüfbild, zu überführen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beleuchten einer Stoffoberfläche, mit Beleuchten der Stoffoberfläche mit einem Kalibrierungslicht, Erfassen eines von der Stoffoberfläche ansprechend auf das Kalibrierungslicht ausgesandten Messlichts, welche ein spektrales Remissionsverhalten der Stoffoberfläche charakterisiert, Erfassen einer spektralen Charakteristik des Messlichts, und Beleuchten der

Stoffoberfläche mit einem Beleuchtungslicht, das eine spektrale Charakteristik aufweist, welche der spektralen Charakteristik des Messlichts entspricht. Weitere Ausführungsformen werden Bezug nehmend auf die Fig. 1 beschrieben, welche ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Beleuchten einer Stoffoberfläche zeigt.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Beleuchten einer Stoffoberfläche 103 mit einer Beleuchtungseinrichtung 101 zum Beleuchten der Stoffoberfläche 103 mit einem Kalibrierungslicht 105, und mit einer Erfassungseinrichtung 107 zum Erfassen eines von der Stoffoberfläche 103 ansprechend auf das Kalibrierungslicht 105

ausgesandtes Messlicht 109. Das Messlicht kann beispielsweise an der Stoffoberfläche 103 reflektiertes Licht oder durch die Stoffoberfläche 103 emittiertes oder re-emittiertes Licht sein.

Ferner ist eine Prozessoreinrichtung 1 1 1 vorgesehen, welche ausgebildet ist, eine spektrale Charakteristik, beispielsweise eine Farbzusammensetzung oder einen

Wellenlängenverlauf, des Messlichts 109 zu erfassen. Die spektrale Charakteristik des Messlichts 109 charakterisiert insbesondere das spektrale Remissionsverhalten der Stoffoberfläche. Das Messlicht kann beispielsweise ein reflektiertes Licht, ein reemittiertes Licht oder ein emittiertes Licht sein.

Die Beleuchtungseinrichtung 101 ist ausgebildet, ein Beleuchtungslicht 1 13 zum

Beleuchten der Stoffoberfläche zu erzeugen, das eine spektrale Charakteristik aufweist, welche der spektralen Charakteristik des Messlichts entspricht.

Der Beleuchtungsvorgang ist somit zweistufig. In der ersten Stufe erzeugt die

Beleuchtungseinrichtung 101 das Messlicht 105. Nach der Erfassung der spektralen Charakteristik des Messlichts 105 wird die Stoffoberfläche 103 mit einem

Beleuchtungslicht 1 13 beleuchtet, dessen Spektrum dem Spektrum des Messlichts innerhalb einer Toleranz, beispielsweise 5% oder 10%, entspricht. Zuerst wird daher das Messlicht 105 erzeugt. Das Beleuchtungslicht 1 13 wird zeitlich nach der Erzeugung des Messlichts 105 erzeugt. Die Beleuchtungseinrichtung 101 umfasst eine Mehrzahl von Lichtelementen 1 15, welche zum Aussenden des Kalibrierungslichts und/oder des Beleuchtungslichts vorgesehen sind. Die Lichtelemente 1 15 können beispielsweise Licht emittierende Dioden (LED) sein, welche jeweils Licht einer anderen Farbe, beispielweise Rot, Grün oder Gelb, bzw. einer anderen Wellenlänge aussenden. Durch eine Ansteuerung der einzelnen Lichtelemente 1 15 kann eine vorgegebene Farbzusammensetzung bzw. Spektralcharakteristik des Beleuchtungslichts erzeugt werden.

Optional kann den Lichtelementen 1 15 eine Optik 1 17, beispielsweise eine Linse, nachgeschaltet sein, um beispielsweise das ausgestrahlte Licht zu fokussieren.

Zum Treiben der Lichtelemente 1 15 ist ein Treiber 1 19, beispielsweise ein LED-Treiber, vorgesehen, welcher den Lichtelementen 1 15 vorgeschaltet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Treiber 1 19 ein Element der

Beleuchtungseinrichtung 101 . Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Treiber 1 19 ein Element der Prozessoreinrichtung 1 1 1 .

Die Beleuchtungseinrichtung 101 umfasst einen Sensor 121 , welcher vorgesehen ist, das durch die Leuchtelemente 1 15 erzeugte Licht, gegebenenfalls nach der Optik 1 17, als Ist- Licht, insbesondere als Ist-Beleuchtungslicht, zu erfassen und ein entsprechendes Messsignal der Prozessoreinrichtung 1 1 1 zur Regelung der Steuerung der

Beleuchtungseinrichtung 101 zuzuleiten. Die Beleuchtungseinrichtung 101 ist vorgesehen, mittels der Leuchtelemente 1 15 sowohl das Kalibrierungslicht 105 zur Einmessung des Systems auf die Stoffoberfläche als auch das Beleuchtungslicht 1 13 in Richtung der Stoffoberfläche 103 auszusenden, welche das spektrale Lichtverhalten der Stoffoberfläche charakterisiert. Das von der Stoffoberfläche 103 ansprechend auf das Kalibrierungslicht oder

Beleuchtungslicht ausgesandte bzw. zurückgeworfene Licht wird durch die

Erfassungseinrichtung 107 erfasst. Hierzu umfasst die Erfassungseinrichtung 107 einen optischen Sensor 123, welcher das von der Stoffoberfläche 103 abgegebene Licht 109 optisch erfasst. Ein Ausgangssignal des optischen Sensors 123 wird einer Steuereinheit 125 zugeführt. Die Steuereinheit 125 ist gemäß einer Ausführungsform ein Element der

Erfassungseinrichtung 107. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinheit 125 ein Element der Prozessoreinrichtung 1 1 1 .

Die Steuereinheit 125 umfasst eine Schnittstelle 127, welche digital sein kann und beispielsweise als eine I2C, SPI, USB oder als eine ähnliche Schnittstelle ausgeführt sein kann.

Die Schnittstelle 127 kann beispielsweise einen Analog-Digitalwandler umfassen kann. Dies ist dann vorteilhaft, wenn der optische Sensor 123 das erfasste Licht in ein analoges Messsignal umsetzt. Ist der optische Sensor 123 vorgesehen, das erfasste Licht in ein digitales Signal umzuwandeln, so kann die Schnittstelle 127 beispielsweise eine I2C-, SPI- oder eine USB-Schnittstelle sein.

Der Schnittstelle 127 ist eine Signalaufbereitungseinrichtung 129 nachgeordnet, welche beispielsweise eine Filterung eines Ausgangssignals der Schnittstelle 127 vornimmt. Die Filterung kann beispielsweise eine Signalglättung bewirken. Die Signalglättung kann beispielsweise von einer Frequenz oder Wellenlänge des erfassten bzw. gemessenen Lichts abhängig sein. Die Steuereinheit 125 umfasst ferner eine optionale Kalibrierungseinrichtung 130, welche vorgesehen ist, die aufbereiteten Signaldaten von der Signalaufbereitungseinrichtung 129 zu empfangen und zu kalibrieren. Hierbei können die aufbereiteten Signaldaten im Farbwert beispielsweise gemäß einem Farbraum kalibriert werden. Die Ausgangsdaten der Kalibrierungseinrichtung 130 können gemäß einer

Ausführungsform der Prozessoreinrichtung 1 1 1 , insbesondere einer

Regelungseinrichtung 131 der Prozessoreinrichtung 1 1 1 , zugeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die Ausgangsdaten der Kalibrierungseinrichtung 130 einer optionalen Entscheidungseinrichtung 133 zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Entscheidungseinrichtung 133 beispielsweise eine Kantenerkennung in einem digitalen Bild durchführen, um beispielsweise Konturen des beleuchteten Objektes mit der Stoffoberfläche zu erfassen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Entscheidungseinrichtung 133 die spektrale Charakteristik des Lichts, das ansprechend auf das Kalibrierungslicht oder

Beleuchtungslicht von der Stoffoberfläche 103 ausgesandt und erfasst wird, Soll- Farbwerten zuordnen, welche nicht die spektrale Charakteristik des Messlichts, sondern auch die spektrale Charakteristik des zu verwendenden Beleuchtungslichts definieren können. Auf diese Weise kann die Beleuchtungseinrichtung 101 zur Erzeugung eines gewünschten Beleuchtungslichts geregelt werden.

Hierzu umfasst die Prozessoreinrichtung 1 1 1 eine Steuereinheit 137, beispielsweise eine LED-Steuereinheit, welche den Treiber 1 19 gemäß den Soll-Farbwerten eines Soll- Beleuchtungssignals, zum Erzeugen eines Beleuchtungssignals ansteuern. Hierzu kann die Steuereinheit 137 ausgebildet sein, den jeweiligen Farben zugeordnete

Leuchtelemente 1 1 15 beispielsweise einzeln anzusteuern, um die spektrale Charakteristik des Beleuchtungslichts gemäß der spektralen Charakteristik des Messlichts bzw. der Soll- Farbwerte zu erhalten. Optional kann die Regelungseinrichtung 131 vorgesehen sein, die Leuchtelemente 1 1 15 bei einer Abweichung zwischen dem Soll- Beleuchtungssignal und einem Ist- Beleuchtungssignal nachzuführen, so dass beispielsweise ein Unterschied zwischen dem Soll-Beleuchtungssignal und dem Ist-Beleuchtungssignal, insbesondere ein spektraler Unterschied, reduziert werden kann.

Hierzu kann die Prozessoreinrichtung 1 1 1 ausgebildet sein, von dem Sensor 121 ein Messsignal zu erhalten, das das Ist-Beleuchtungssignal repräsentiert. Der Sensor 121 kann ein optischer Sensor sein, welcher sichtbares Licht in ein analoges bzw. in ein digitales Messsignal umwandelt. Die Prozessoreinrichtung 1 1 1 kann eine Schnittstelle 139 zum Empfangen eines Messsignals von dem Sensor 121 umfassen, welche digital sein kann und beispielsweise als eine I2C, SPI, USB oder als eine ähnliche Schnittstelle ausgeführt sein kann. Die Schnittstelle 139 kann beispielsweise einen Analog-Digitalwandler umfassen und/oder eine I2C-, SBI oder USB-Schnittstelle sein. Der Schnittstelle 139 ist eine optionale Signalaufbereitung 141 nachgeschaltet, welche in der Funktionalität der

Signalaufbereitung 129 der Steuereinheit 125 aufweisen kann. Die Signalaufbereitung 129 kann beispielsweise eine Signalglättung, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Frequenz des gemessenen Lichts, durchführen.

Der Signalaufbereitungseinrichtung 141 ist eine optionale Kalibrierungseinrichtung 143 nachgeschaltet, welche eine Korrektur der aufbereiteten Signaldaten in Farbwerte vornimmt. Die Kalibrierungseinrichtung 143 kann die Funktionalität der

Kalibrierungseinrichtung 130 aufweisen. Die Kalibrierungseinrichtung 143 ist

insbesondere vorgesehen, einen Ist-Farbwert der Regelungseinrichtung 131 zuzuleiten, welcher die spektrale Charakteristik des Ist-Beleuchtungssignals charakterisiert. Die Regelungseinrichtung 131 ist beispielsweise ausgebildet, eine Abweichung zwischen dem Ist-Farbwert und dem Soll-Farbwert zu bestimmen und auf dieser Basis eine Stellgröße für die Steuereinheit 137 auszugeben, um den Treiber 1 19 zum Antreiben der

Leuchtelemente 1 15 anzusteuern.

Gemäß einer Ausführungsform können die Steuereinheit 137, die Schnittstelle 139, die Signalaufbereitungseinrichtung 141 , die Kalibrierungseinrichtung 143 sowie die

Regelungseinrichtung 131 durch einen MikroController realisiert sein.

Bezugszeichenliste

101 Beleuchtungseinrichtung

103 Stoffoberfläche

105 Kalibrierungslicht

107 Erfassungseinrichtung

109 Messlicht

1 1 1 Prozessoreinrichtung

1 13 Beleuchtungslicht

1 15 Lichtelement

1 17 Optik

1 19 Treiber

121 optischer Sensor

123 optischer Sensor

125 Steuereinheit

127 Schnittstelle

129 Signalaufbereitungseinrichtung

130 Kalibrierungseinrichtung

131 Regelungseinrichtung

133 Entscheidungseinrichtung

135 Anzeige

137 Steuereinheit

139 Schnittstelle

1 1 15 Leuchtelement

141 Signalaufbereitung

143 Kalibrierungseinrichtung