Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Erzeugung eines beleuchteten
Gebildes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Anwendung besteht vorrangig in der Bildaufnahme von im Wertdruck
verarbeitetem Material zur industriellen Bildverarbeitung, wobei das optische System
in einer Druckmaschine, vorzugsweise in einer Rotationsdruckmaschine, insbesondere
in einer in einem Offsetdruckverfahren, in einem Stahlstichverfahren, in einem Siebdruckverfahren
oder in einem Heißprägeverfahren druckenden Druckmaschine, Verwendung findet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System zur
Erzeugung eines beleuchteten Gebildes zu schaffen, wobei eine Bildaufnahme über
einen weiten Bereich der Geschwindigkeit des bewegten Materials mit der gleichen
Lichtmenge erfolgt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass das Material, auf dessen Oberfläche das Gebilde zu erzeugen ist, nicht in einem
im direkten oder im umgelenkten Strahlengang liegenden Brennpunkt des von den Lichtquellen
emittierten Lichtes angeordnet sein muss, um das Gebilde in einer ausreichenden
Beleuchtungsstärke erscheinen zu lassen. Eine vom Brennpunkt unabhängige Anordnung
des Gebildes relativ zum optischen System ist vorteilhaft, weil dann auf eine exakte
Maßhaltigkeit bezüglich des Abstandes zwischen dem Gebilde und der Beleuchtungseinrichtung
verzichtet werden kann. Das vorgeschlagene optische System ist demnach zum beleuchteten
Material abstandstolerant. Außerdem ist zwischen Bauelementen des optischen Systems,
die durch eine Verschmutzung, z. B. durch Staub und Abrieb, in ihrer Funktion beeinträchtigt
werden können, und dem Material, insbesondere auch zu einer das Material bewegenden
Transporteinrichtung, ein ausreichender Abstand vorgesehen, der das optische System
und das Material unter den gegebenen Betriebsbedingungen in einer Druckmaschine
dauerhaft und zuverlässig außerhalb eines Berührungskontaktes belässt und das optische
System vorzugsweise außerhalb der Reichweite der vom bewegten Material aufgewirbelten
Schmutzpartikel anordnet.
Ein von der Beleuchtungseinrichtung beleuchteter Beleuchtungsstreifen
mit einer sich auf der Oberfläche des Materials orthogonal zu seiner Länge erstreckenden
Breite, d. h. ein zweidimensionales, flächiges Gebilde, hat gegenüber einem auf
einen Brennpunkt fokussierten linienförmigen, d. h. nur eindimensionalen, beleuchteten
Gebilde den Vorteil, dass das beleuchtete Gebilde für eine zur Oberfläche des zumindest
in Teilen reflektivem Materials unter einem Reflexionswinkel angeordnete Erfassungseinrichtung
zur Erfassung des von der Oberfläche des Materials remittierten Lichtes auch bei
einer reliefartigen Ausgestaltung der Oberfläche des Materials zuverlässig als eine
virtuelle zeilenförmige Beleuchtungseinrichtung erscheint, weil aufgrund der Breite
des Beleuchtungsstreifens sichergestellt ist, dass eine an der Oberfläche des Materials
vorhandene Querschnittsfläche eines Erfassungswinkels der Erfassungseinrichtung,
in welchem die Erfassungseinrichtung remittiertes Licht zu erfassen vermag, zumindest
einen Teil einer sich über die Breite des Beleuchtungsstreifens erstreckenden Querschnittsfläche
des von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichtestrahlenbündels erfasst. Bei
einer Vorrichtung, die Material nur linienförmig beleuchtet, besteht die Gefahr,
dass das fokussierte Strahlenbündel von einer reliefartigen Oberfläche des Materials
außerhalb des Erfassungswinkels der Erfassungseinrichtung reflektiert wird und folglich
nicht erfasst werden kann. Im Gegensatz dazu ist das vorgeschlagene optische System
auch für eine Bildaufnahme von Material mit einer diffus reflektierenden Oberfläche
gut geeignet. Selbst bei einem Material mit einer reliefartigen Oberfläche tritt
kaum eine Schattenwirkung auf.
Beim vorgeschlagenen optischen System ist dessen Beleuchtungseinrichtung
vorzugsweise in Modulen, d. h. in eigenständigen Funktionseinheiten, aufgebaut,
was den Vorteil hat, dass eine Zeilenlänge der zeilenförmigen Beleuchtungseinrichtung
ohne teure Sonderanfertigung durch einfaches Aneinanderreihen von vorgefertigten,
vorzugsweise funktionsgleichen Modulen in der benötigten Anzahl an die Breite des
zu beleuchtenden Materials oder zumindest an die Länge des Beleuchtungsstreifens
adaptierbar ist. Gleichfalls können auch wahlweise zielgerichtet die Lichtquellen
nur in denjenigen Modulen aktiviert werden, die zur Beleuchtung der Breite des zu
beleuchtenden Materials oder zumindest der Länge des Beleuchtungsstreifens benötigt
werden, was beim Aufbau und beim Betrieb des optischen System für dessen Wirtschaftlichkeit
von Vorteil ist.
Die Verwendung von mehreren Lichtquellen je Modul hat den Vorteil,
dass sich in der Praxis unvermeidbare Unterschiede in dem von den Lichtquellen abgestrahlten
Licht, z. B. in dessen Wellenlänge, durch Mischung der Strahlenbündel von benachbarten
Lichtquellen vergleichmäßigen und das von der Beleuchtungseinrichtung insgesamt
abgestrahlte Licht in seinen optischen Eigenschaften homogenisieren. Wenn in jedem
Modul vorzugsweise mehrere Gruppen von Lichtquellen angeordnet sind, wobei sich
die den Gruppen zugeordneten Lichtquellen in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden,
z. B. in der Farbe des von den Lichtquellen einer jeden Gruppe ausgestrahlten Lichtes,
können die einzelnen Gruppen von Lichtquellen applikationsabhängig, z. B. nach der
Farbe des Lichtes, ausgewählt und angesteuert werden.
Das vorgeschlagene optische System hat den Vorteil, dass es einen
unter Umständen eine große Länge von z. B. über einen Meter aufweisenden Beleuchtungsstreifen
durch eine gleichmäßige, bedarfsgerechte Lichtverteilung mit einer homogenen, ausreichend
großen Beleuchtungsstärke beaufschlagt und durch seinen modularen, wenig störanfälligen
Aufbau auf einfache Weise an die jeweiligen Erfordernisse in einer Druckmaschine
anpassbar ist. Da das zu beleuchtende Material nicht in einem Brennpunkt der Beleuchtungseinrichtung
anzuordnen ist, entfällt auch die Notwendigkeit für eine exakte Ausrichtung des
senkrechten Abstandes der Lichtquellen zur Oberfläche des Materials sowie eine Überwachung
dieses Abstandes während des laufenden Einsatzes des optischen Systems, was die
Handhabung des optischen Systems Vorort in einem Industriebetrieb erheblich vereinfacht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Oberfläche eines bewegten Materials
mit einem Beleuchtungsstreifen in einer Draufsicht;
2 eine schematische Darstellung des optischen
Systems;
3 eine einzelne Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung;
4 eine zeilenförmige Anordnung von Lichtquellen
auf einer gemeinsamen Platine;
5 eine Strahlenbündelung mit einem ersten
Spiegel;
6 eine Strahlenbündelung mit einem ersten
Spiegel längs zur Länge des Beleuchtungsstreifens;
7 eine Umlenkung des Strahlenbündels
aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einem zweiten Spiegel;
8 eine Umlenkung des Strahlenbündels
aus einem zentralen Bereich der Lichtquelle mit einem zweiten Spiegel, wobei die
Strahlung längs zur Länge des Beleuchtungsstreifens stärker gebündelt ist als längs
zu dessen Breite;
9 eine Bündelung der Strahlung aus einem
zentralen Bereich der Lichtquelle mit einer Konvexlinse;
10 eine Bündelung der Strahlung aus einem
zentralen Bereich der Lichtquelle mit einer Konvexlinse, wobei die Strahlung längs
zur Länge des Beleuchtungsstreifens stärker gebündelt ist als längs zu dessen Breite;
11 eine zumindest teilweise Überlagerung
der Strahlung von zwei benachbarten Lichtquellen;
12 eine Seitenansicht des optischen Systems;
13 eine mit Lichtquellen bestückte Platine
auf einem von einem Kühlmedium durchströmten Träger;
14 einen in zwei entgegengesetzten Richtungen
von einem Kühlmedium durchströmten Träger;
15 einen Träger mit einer Kühlung mit
zwei Peltierelementen;
16 eine Darstellung des Zeitverhaltens
der Zeilenkamera und das der Lichtquellen.
In einer Druckmaschine, vorzugsweise in einer Rotationsdruckmaschine,
insbesondere in einer in einem Offsetdruckverfahren druckenden Druckmaschine, wird
ein in der 1 dargestelltes Material 03 mit
einer Oberfläche 02 in einer durch einen Pfeil angedeuteten Bewegungsrichtung
04 bewegt. Die Bewegung erfolgt durch eine, z. B. in oder an der Druckmaschine
angeordnete, hier nicht dargestellte Transporteinrichtung, wobei die Bewegung des
Materials 03 während des Betriebes des nachfolgend noch näher beschriebenen
optischen Systems vorzugsweise in nur einer einzigen Bewegungsrichtung
04 erfolgt, und zwar vorzugsweise linear. Das Material 03 ist
vorzugsweise ebenflächig und flach, z. B. als ein Bogen 03 oder als eine
Materialbahn 03, ausgebildet. Das Material 03 ist insbesondere
als ein z. B. aus Papier bestehender Bedruckstoff 03 ausbildet, z. B. als
ein Wertpapier 03 oder als eine Banknote 03. Die Oberfläche
02 des Materials 03 kann ein Relief oder eine sonstige aus der
Oberfläche 02 herausragende oder in die Oberfläche 02 als eine
Vertiefung eingeprägte Struktur aufweisen, wobei eine Höhe oder Tiefe des Reliefs
bzw. der Struktur im Vergleich zu einer Breite B03 des Materials 03 sehr
klein ist. Zumindest ein Teil der Oberfläche 02 des Materials
03 ist z. B. durch Auftragung eines reflektiven Werkstoffs, z. B. eines
Lackes, oder einer Folie, durch Einbringung eines Fensterfadens oder einer anderen
vorzugsweise metallischen Applikation in das Material 03, reflektiv ausgebildet.
Eine in der 2 nur symbolhaft dargestellte
Beleuchtungseinrichtung 06 erzeugt auf der Oberfläche 02 des Materials
03 ein beleuchtetes Gebilde 01 in Form eines Beleuchtungsstreifens
01 mit einer Länge L01 und einer Breite B01 (1),
wobei sich die Breite B01 auf der Oberfläche 02 des Materials
03 orthogonal zur Länge L01 erstreckt. Die Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 ist vorzugsweise in die Bewegungsrichtung 04 des Materials
03 gerichtet, wohingegen die Länge L01 des Beleuchtungsstreifens
01 vorzugsweise parallel zur Breite B03 des Materials 03 gerichtet
ist und sich über Teile der Breite B03 des Materials 03 oder über dessen
gesamte Breite B03 erstrecken kann. Die Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 beträgt vorzugsweise 3 mm, insbesondere mindestens 8 mm. Die Bewegungsrichtung
04 des Materials 03 ist somit vorzugsweise zumindest im Wesentlichen
parallel zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichtet, wobei die
Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 innerhalb der von der Länge
L01 und der Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 aufgespannten Ebene
liegt. Das Material 03 ist zumindest im Bereich des Beleuchtungsstreifens
01 nicht gewölbt.
Die Beleuchtungseinrichtung 06 weist mehrere zeilenförmig
nebeneinander angeordnete Lichtquellen 07 auf, sodass die gesamte Beleuchtungseinrichtung
06 zeilenförmig ausgebildet ist. Die zeilenförmig angeordneten Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 sind vorzugsweise parallel zur
Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 angeordnet. Die Lichtquellen
07 haben zur Oberfläche 02 des Materials 03 jeweils einen
Abstand A07, wobei der Abstand A07 vorzugsweise zwischen 30 mm und 200 mm, insbesondere
zwischen 80 mm und 140 mm beträgt. Der Abstand A07 der Lichtquellen 07
steht vorzugsweise jeweils lotrecht auf der Oberfläche 02 des Materials
03. Alle Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung
06 sind vorzugsweise gleichartig ausgebildet, z. B. als helle, Lichtestarke
Leuchtdioden 07 oder als Laserdioden 07. In der Beleuchtungseinrichtung
06 können auch Gruppen von jeweils mehreren zeilenförmig nebeneinander
angeordneten Lichtquellen 07 vorgesehen sein, wobei sich die einzelnen
Gruppen von Lichtquellen 07 in ihren optischen Eigenschaften, z. B. in
der Wellenlänge, des von ihnen emittierten Lichtes unterscheiden. So kann z. B.
eine Gruppe von Lichtquellen 07 weißes Licht emittieren, wohingegen eine
andere Gruppe von Lichtquellen 07 monochromes Licht emittiert. Es kann
vorgesehen sein, dass eine mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundene
Steuereinrichtung 23 die Gruppen von Lichtquellen 07 applikationsabhängig,
z. B. in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Oberfläche 02 des Materials
03 nach der Farbe des Lichtes, ausgewählt und einzeln ansteuert. So kann
die Steuereinrichtung 23 eine Gruppe von Lichtquellen 07 auch
unabhängig von mindestens einer anderen Gruppe von Lichtquellen 07 in ihrer
Helligkeit und/oder Leuchtdauer ansteuern. Der Beleuchtungsstreifen 01
ist außerhalb eines im direkten oder im umgelenkten Strahlengang liegenden
Brennpunktes des von den Lichtquellen 07 emittierten Lichtes angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 06 besteht z. B. aus mehreren
zeilenförmig aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 (12)
jeweils mit mehreren zeilenförmig nebeneinander angeordneten Lichtquellen
07, wobei eine Trennfuge 26 zwischen zwei benachbarten Modulen
M61 bis M65 vorzugsweise schräg zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens
01 angeordnet ist. Die einzelnen Module M61 bis M65 der Beleuchtungseinrichtung
06 können z. B. funktionsgleich ausgebildet sein. So kann z. B. eine der
Breite B03 des zu beleuchtenden Materials 03 entsprechende Zeilenlänge
der aus mehreren aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung
06 durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen
07 der betroffenen Module M61 bis M65 aktiviert werden oder es kann eine
der Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 entsprechende Zeilenlänge der
aus mehreren aneinander gereihten Modulen M61 bis M65 zusammengesetzten Beleuchtungseinrichtung
06 durch ein Einschalten von den zeilenförmig angeordneten Lichtquellen
07 der betroffenen Module M61 bis M65 aktiviert werden.
3 zeigt in einer nur zweidimensionalen
Darstellung eine einzelne Lichtquelle 07 der Beleuchtungseinrichtung
06. Die Lichtquelle 07 emittiert ihr Licht in einen Raumwinkel
&ohgr;, wobei der Raumwinkel &ohgr; eine aus einer Kugel ausgeschnittene Fläche
AK, also eine Kugeloberfläche AK, bis zur Größe einer Halbkugel aufspannt.
4 zeigt mehrere, z. B. vier der in der
3 gezeigten Lichtquellen 07 zeilenförmig nebeneinander
auf einer gemeinsamen Platine 21 angeordnet. Vorzugsweise ist die zu den
jeweiligen Lichtquellen 07 gehörende Stromquelle 22 auf derselben
Platine 21 angeordnet. Die Stromquelle 22 ist vorzugsweise als
eine Konstantstromquelle 22, insbesondere als eine steuerbare Konstantstromquelle
22, ausgebildet.
Das optische System umfasst – wie es der 2
entnehmbar ist – auch eine Erfassungseinrichtung 08 mit mindestens
einem in einem Abstand A09 von der Oberfläche 02 des Materials
03 angeordneten Detektor 09, wobei der Detektor 09 von
der Oberfläche 02 des Materials 03 remittiertes Licht erfasst.
Die Erfassungseinrichtung 08 ist z. B. als eine Kamera 08, vorzugsweise
eine Zeilenkamera 08, insbesondere eine Farbzeilenkamera 08, ausgebildet.
Auch die Erfassungseinrichtung 08 kann zeilenförmig mehrere nebeneinander
angeordnete Detektoren 09 aufweisen, wobei die zeilenförmig angeordneten
Detektoren 09 vorzugsweise parallel zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens
01 angeordnet sind. Der Detektor 09 der Erfassungseinrichtung
08 kann z. B. als ein CCD-Array 09 oder als eine Gruppe von Photodioden
09 ausgebildet sein. Der Detektor 09 der Erfassungseinrichtung
08 wandelt das erfasste remittierte Licht in ein elektrisches Signal um
und führt das elektrische Signal zu seiner Auswertung einer mit der Erfassungseinrichtung
08 verbundenen Bildverarbeitungseinrichtung 24 zu.
5 zeigt, dass in dem optischen System
den Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 mindestens
ein erster Spiegel 11 mit mindestens einer längs zur Länge L01 und/oder
zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 gerichteten Wirkfläche
12 zugeordnet ist, wobei die Wirkfläche 12 des ersten Spiegels
11 das in den Raumwinkel &ohgr; emittierte Licht von mindestens einer der
Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 auf eine kleinere
erste Hüllfläche AH1 als die zu dem Raumwinkel &ohgr; gehörende Kugelfläche AK einschränkt.
Die Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 kann plan oder konkav
ausgebildet sein. Dabei kann die mindestens eine längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens
01 gerichtete Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 das
in den Raumwinkel &ohgr; emittierte Licht von mindestens einer der Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 stärker auf eine kleinere zweite
Hüllfläche AH2 einschränken als die mindestens eine längs zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 gerichtete Wirkfläche 12 dieses ersten Spiegels 11,
wie es die 6 im Vergleich zur Strahlenbündelung gemäß
der 5 zeigt. Vorzugsweise weist mindestens eine Lichtquelle
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 einen ersten Spiegel
11 mit mindestens zwei zu einem von der Lichtquelle 07 emittierten
Zentralstrahl 13 symmetrischen Wirkflächen 12 auf.
Zur Umlenkung der von mindestens einer der Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 in einem den Zentralstrahl
13 umgebenden zentralen Bereich 14 emittierten Strahlung kann,
wie in den 7 und 8
dargestellt, z. B. ein zweiter Spiegel 16 vorgesehen sein, wobei dessen
mindestens eine Wirkfläche 17 in dem den Strahlengang des Zentralstrahls
13 umgebenden zentralen Bereich 14 innerhalb des Raumwinkels &ohgr;
des von der Lichtquelle 07 emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei die
Wirkfläche 17 des zweiten Spiegels 16 das von mindestens einer
der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierte
Licht gegen mindestens eine längs zur Länge L01 und/oder zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 gerichtete Wirkfläche 12 des ersten Spiegels 11 umlenkt.
Dabei kann die von der Lichtquelle 07 emittierte Strahlung vorzugsweise
längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 stärker gebündelt werden
als die Strahlung längs zu dessen Breite B01. Auch die Wirkfläche 17 des
zweiten Spiegels 16 kann plan oder konkav ausgebildet sein. Die dem zentralen
Bereich 14 zuzuordnende, von den jeweiligen Lichtquellen 07 emittierte
Strahlung ist in den 7 bis 10
jeweils mit durchgängigen Pfeillinien angedeutet, wohingegen von
den Lichtquellen 07 in ihrem jeweiligen Raumwinkel &ohgr; peripher emittierte
Strahlung mit gestrichelten Pfeillinien angedeutet ist.
Alternativ kann gleichfalls zur Umlenkung der von mindestens einer
der Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 in einem den
Zentralstrahl 13 umgebenden zentralen Bereich 14 emittierten Strahlung
gemäß den 9 und 10
mindestens eine Linse 18, insbesondere eine bikonvexe Linse 18,
in dem den Strahlengang des Zentralstrahls 13 umgebenden zentralen Bereich
14 innerhalb des Raumwinkels &ohgr; des von mindestens einer der Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtes angeordnet
sein, wobei zwischen der Lichtquelle 07 und einem Zentrum Z18 der Linse
18 ein Abstand A18 besteht, wobei der Abstand A18 vorzugsweise geringer
als die Hälfte des Abstandes A07 zwischen der Lichtquelle 07 und der Oberfläche
02 des Materials 03 ist. Dabei kann die Linse 18 nicht
rotationssymmetrisch ausgebildet sein, um die von der Lichtquelle 07 emittierte
Strahlung vorzugsweise längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01
stärker zu bündeln als längs zu dessen Breite B01.
Die 11 zeigt, dass die Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 vorzugsweise derart angeordnet
sind, dass sich die jeweiligen Raumwinkel &ohgr; oder zumindest die Hüllflächen
AH1; AH2 des von mindestens zwei benachbarten Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung
06 emittierten Lichtes zumindest in einem den Beleuchtungsstreifen
01 beleuchtenden Teilbereich 19 überlagern. Diese Überlagerung
ist insbesondere auch dann vorgesehen, wenn die beteiligten benachbarten Lichtquellen
07 in zwei benachbarten Modulen M61 bis M65 angeordnet sind. Aus der
11 ist auch ersichtlich, dass an jeder einzelnen Lichtquelle
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 jeweils ein erster Spiegel
11 mit mindestens einer Wirkfläche 12, vorzugsweise mit zwei zueinander
symmetrischen Wirkflächen 12, zumindest längs zur Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 vorgesehen sein kann. Des Weiteren kann die Oberfläche 02 des
Materials 03 einen Streukörper, d. h. einen Licht streuenden Körper, aufweisen,
z. B. ein Lentikular oder eine Prismenfolie, wobei der Streukörper das im Beleuchtungsstreifen
01 auf die Oberfläche 02 des Materials 03 aufgestrahlte
Licht vorzugsweise nur oder zumindest ganz überwiegend längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens
01 remittiert.
12 zeigt eine Ansicht des optischen Systems
in einer lotrecht zur Bewegungsrichtung 04 des Materials 03 stehenden
Ebene. Die Beleuchtungseinrichtung 06 und der auf der Oberfläche
02 des Materials 03 beleuchtete Beleuchtungsstreifen
01 sind im Abstand A07 parallel zueinander angeordnet, jedoch kann eine
Erstreckung der Beleuchtungseinrichtung 06, d. h. ihre Länge B06, größer
sein als die Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 oder als die Breite
B03 des Materials 03. Die Beleuchtungseinrichtung 06 ist in mehrere
Module M61 bis M65 aufgeteilt, d. h. in diesem Beispiel in fünf zeilenförmig nebeneinander
angeordnet Module M61 bis M65, wobei die in jedem Modul M61 bis M65 angeordneten
Lichtquellen 07 jeweils Licht zum Beleuchtungsstreifen 01 emittieren.
Das vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierte Licht wird von dem im Abstand
A09 von der Oberfläche 02 des Materials 03 angeordneten Detektor
09 der Erfassungseinrichtung 08 innerhalb eines sich längs zur
Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 öffnenden, räumlichen Erfassungswinkels
&agr; erfasst, wobei der Erfassungswinkel &agr; in diesem Beispiel derart bemessen
ist, das er das vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierte Licht über die
gesamte Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 erfasst. Der Erfassungswinkel
&agr; bildet an der Oberfläche 02 des Materials 03 eine Querschnittsfläche
aus, sodass der Erfassungswinkel &agr; zumindest einen Teil einer sich über die
Breite B01 des Beleuchtungsstreifens 01 erstreckenden Querschnittsfläche
des von der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtestrahlenbündels
erfasst. Die vom Erfassungswinkel &agr; erfasste Querschnittsfläche ist vorzugsweise
zumindest so groß wie die auf der Oberfläche 02 des Materials
03 durch die Länge L01 und Breite B01 des Beleuchtungsstreifens
01 aufgespannte Fläche.
Die Qualität eines mit der Erfassungseinrichtung 08 durch
Erfassung des vom Beleuchtungsstreifen 01 remittierten Lichtes aufgenommenen
Bildes ist maßgeblich davon abhängig, dass die Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung
06 Licht konstanter Lichtstärke emittieren. Denn Schwankungen in der Lichtstärke
des von den Lichtquellen 07 emittierten Lichtes führen in der Erfassungseinrichtung
08 bezüglich des der Bildverarbeitungseinrichtung 24 zugeführten
Signals zu demselben Ergebnis wie Änderungen in der Beschaffenheit der Oberfläche
02 des angestrahlten Materials 03, sodass in der Bildverarbeitungseinrichtung
24 die Ursachen einer Signaländerung nicht unterschieden werden können.
Unter diesen Umständen lassen sich aus einer in der Bildverarbeitungseinrichtung
24 vorgenommenen Bildauswertung keine verlässlichen Aussagen über die Beschaffenheit
der Oberfläche 02 des angestrahlten Materials 03 gewinnen.
Abhilfe bieten hier Maßnahmen, die die Lichtstärke des von den Lichtquellen
07 der Beleuchtungseinrichtung 06 emittierten Lichtes konstant
halten. Die in der Beleuchtungseinrichtung 06 verwendeten Lichtquellen
07 sind vorzugsweise als lichtstarke Leuchtdioden 07 oder Laserdioden
07 ausgebildet, deren Lichtstärke temperaturabhängig ist. Im Folgenden
werden zur Erzielung einer konstanten Lichtstärke Maßnahmen zur Temperaturstabilisierung
der auf dem Träger 21 angeordneten Lichtquellen 07 beschrieben.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die
thermische Last der Lichtquellen 07 direkt am Entstehungsort abgeführt
wird, wodurch sich kurze Regelzeiten erreichen lassen.
Die Lichtquellen 07 sind vorzugsweise auf einer mit weiteren
elektronischen Bauelementen bestückbaren und mit Leiterbahnen versehenen Platine
21 angeordnet. Der Halbleiter der Leuchtdioden 07 oder Laserdioden
07 steht vorzugsweise in direktem Berührungskontakt mit der Platine
21, die z. B. als MCPCB (metal core printed circuit board) oder als eine
Platine 21 mit einem Kern aus Aluminium ausgebildet ist und an ihrer die
Leuchtdioden 07 oder Laserdioden 07 tragenden Montageseite
32 zur Ausbildung eines möglichst geringen Wärmeübergangswiderstandes nur
eine sehr dünne Auflage auf ihrem wärmeleitenden Untergrund aufweist.
13 zeigt eine Platine 21 mit
mehreren darauf zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07, wobei die Platine
21 ihrerseits auf einem Träger 27 angeordnet ist, wobei der Träger
27 vorzugsweise in seinem Inneren vorzugsweise unterhalb der zeilenförmigen
Anordnung der Lichtquellen 07 mindestens einen Kanal 28 aufweist,
wobei ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium, z. B. Wasser oder Luft, den Kanal
28 durchströmt. Vorzugsweise stirnseitig am Träger 27 sind zur
Zuführung und Abführung des Kühlmediums eine mit einem Vorlauf verbundene Öffnung
29 und eine mit einem Rücklauf verbundene Öffnung 31 vorgesehen,
wobei das Kühlmedium den Träger 27z. B. geradlinig durchströmt.
14 zeigt einen Träger 27, den das Kühlmedium
in zwei einander entgegengesetzten Richtungen durchströmt, wodurch im Träger
27 ein entlang der zeilenförmigen Anordnung der Lichtquellen
07 ausgeglichenes Temperaturprofil erreicht wird. Dazu kann der Kanal
28 an einem Ende des Trägers 27 um 180° umgelenkt sein.
Eine nicht dargestellte Regeleinrichtung kann die Temperatur des Kühlmediums
am Vorlauf und die durch den Kanal 28 strömende Durchflussmenge konstant
halten. Alternativ kann die Regeleinrichtung auch eine Differenz zwischen der Temperatur
des Kühlmediums am Vorlauf und der Temperatur des Kühlmediums am Rücklauf konstant
halten. Dabei ist weniger die absolute Temperatur des Kühlmediums von Bedeutung,
sondern vielmehr, dass eine für die Lichtquellen 07 maximal zulässige Temperatur,
die sich aus den Wärmeübergangswiderständen der beteiligten Werkstoffe ergibt, nicht
überschritten wird, was von der Regeleinrichtung durch eine Überwachung der Temperatur
und einen darauf reagierenden Regelungseingriff verhindert wird. Wenn ein in seiner
Temperatur oder Durchflussmenge regelbares Kühlmedium nicht zur Verfügung steht,
kann die Kühlung der Lichtquellen 07 auch über ein externes, nicht mit
der Platine 21 verbundenes Kühlgerät (nicht dargestellt) erfolgen.
Eine Alternative zur Verwendung eines strömenden Kühlmediums zeigt
die 15. Die mit den Lichtquellen 07 bestückte
Platine 21 ist auf einem Träger 27 angeordnet, wobei der Träger
27 seinerseits auf mindestens einem Peltierelement 33, vorzugsweise
aber mehreren Peltierelementen 33, angeordnet ist, wobei die Peltierelemente
33 jeweils mit einem vom Träger 27 thermisch getrennten Kühlkörper
34 verbunden sind. Eine notwendige Temperaturmessung zur Regelung des mindestens
einen Peltierelements 33 durch eine nicht dargestellte elektronische Regeleinrichtung
wird direkt an dem Träger 27 durch einen an diesem angebrachten Temperatursensor
36 vorgenommen. Bei schwankender Umgebungstemperatur schwankt dann nur
die Temperatur des Kühlkörpers 34, nicht aber die Temperatur der auf der
Platine 21 angeordneten Lichtquellen 07. Die elektronische Regeleinrichtung
kann in der mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundenen Steuereinrichtung
23 integriert sein.
Da die Bewegung des bewegten Materials 03 in einer Druckmaschine
oder einer ein Druckerzeugnis weiter verarbeitenden Maschine mit einer Geschwindigkeit
von mehreren Metern pro Sekunde erfolgt, z. B. 3 m/s oder mehr, wobei z. B. in einer
Bogendruckmaschine 15.000 oder auch mehr Bogen 03 pro Stunde bedruckt und
durch die Druckmaschine transportiert werden, ist das optische System derart auszulegen,
dass von dem bewegten Material 03 eine brauchbare Bildaufnahme möglich
ist. Dabei ist zu beachten, dass sich bei einer als eine Zeilenkamera
08 ausgebildeten Erfassungseinrichtung 08 die erfasste Menge des
von der Oberfläche 02 des bewegten Materials 03 remittierten Lichtes
in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 ändert.
Dadurch ändert sich auch die Helligkeit der Bildaufnahme. Bei größeren Geschwindigkeitsänderungen,
wie sie in den genannten Maschinen üblicherweise auftreten, kann die Bildaufnahme
unbrauchbar werden.
Statt die Bildaufnahme der Zeilenkamera 08 mit einem Encoder
mit der Geschwindigkeit des bewegten Materials 03 zu synchronisieren, wird
vorgeschlagen, eine Einschaltdauer t3 einer einzelnen Lichtquelle 07 oder
einer Gruppe von Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung
06, die von einer von der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Stromquelle
22, insbesondere einer Konstantstromquelle 22, angesteuert werden,
mit einer Triggerung, d. h. einer Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera
08 zu synchronisieren, sodass die Oberfläche 02 des bewegten Materials
03 unabhängig von der Geschwindigkeit des bewegten Materials
03 immer mit der gleichen Lichtmenge beleuchtet wird. Dadurch ergibt sich
eine konstante Helligkeit für das von der Zeilenkamera 08 aufgenommene
Bild über einen weiten Bereich der Geschwindigkeit des bewegten Materials
03.
Vorzugsweise sind – wie bereits beschrieben – in der Beleuchtungseinrichtung
06 mehrere Gruppen von Lichtquellen 07 vorgesehen, denen jeweils
mindestens eine Stromquelle 22, insbesondere eine Konstantstromquelle
22, zugeordnet ist. Die Einschaltzeiten t3 der Lichtquellen 07
werden von der mit der Beleuchtungseinrichtung 06 verbundenen Steuereinrichtung
23 z. B. gruppenweise oder auch einzeln unabhängig voneinander von den
jeweiligen Stromquellen 22 angesteuert, sodass sich über die Länge der
vorzugsweise zeilenförmig angeordneten Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung
06 ein Lichtmengenprofil einstellen lässt. Die Einstellung eines Lichtmengenprofils
vorzugsweise längs zur Länge L01 des Beleuchtungsstreifens 01 hat den Vorteil,
dass Transmissionsverluste durch eine nicht dargestellte Optik der Zeilenkamera
08 ausgeglichen werden können.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein z. B. mit der Steuereinrichtung
23 verbundener Lichtsensor 37 die abgestrahlte Lichtmenge der
Lichtquellen 07 der Beleuchtungseinrichtung 06 misst, um anhand
des Messsignals des Lichtsensors 37 die Einschaltdauer t3 der von den Stromquellen
22 mit der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Lichtquellen
07 z. B. an ein Degradationsverhalten der Lichtquellen 07 anzupassen
und mit der Ansteuerung der Lichtquellen 07z. B. eine mit ihrer Alterung
nachlassende Abstrahlung in ihrer Lichtmenge zu kompensieren. Auch kann die Steuereinrichtung
23 die Einschaltdauer t3 der Lichtquellen 07 an unterschiedliche
optische Eigenschaften des zu beleuchtenden Materials 03 automatisch anpassen.
16 zeigt das Zeitverhalten der Zeilenkamera
08 und das der Lichtquellen 07. Die Zeilenkamera 08 wird
gemäß dem oberen, ersten Zeitverlauf zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet,
sodass zu diesem Zeitpunkt die Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera 08
beginnt. Nach Ablauf der Belichtungsdauer t1 folgt unmittelbar eine von der Geschwindigkeit
des bewegten Materials 03 abhängige Auszeit t2 zwischen zwei aufeinander
folgenden, benachbarten Bildzeilen der Zeilenkamera 08. Zumindest eine
in Abhängigkeit von der Steuerung der Zeilenkamera 08 getriggerte Lichtquelle
07 wird gemäß dem mittleren, zweiten Zeitverlauf in der 16
von der von der Steuereinrichtung 23 gesteuerten Stromquelle
22 gleichzeitig mit der Belichtungsdauer t1 der Zeilenkamera
08 angesteuert, wobei nach einer Verzögerungszeit t4 für die Einschaltung
der Lichtquelle 07, d. h. eine physikalisch bedingte Zeit bis zum Beginn
ihrer Lichtemission, diese Lichtquelle 07 dann für die Einschaltdauer t3
eingeschaltet bleibt, wobei eine Summe bestehend aus der Verzögerungszeit t4 und
der Einschaltdauer t3 vorzugsweise geringer bemessen ist als die Belichtungsdauer
t1 der Zeilenkamera 08. Das Zeitverhalten für die Zeilenkamera
08 und die Lichtquellen 07 wiederholt sich periodisch in der zuvor
beschriebenen festen Korrelation. Nur als Vergleich zu der in ihrer Einschaltdauer
t3 getriggerten Lichtquelle 07 ist in dem unteren, dritten Zeitverlauf
der 16 das Zeitverhalten der Einschaltdauer t5 für
eine Konstantlichtquelle dargestellt.