DE102023108014A1

DE102023108014A1 - Inspektionsvorrichtung und Verfahren zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines auf einer Fördereinrichtung in eine Transportrichtung transportierten Objektes mittels Fluoreszenzanregung

Info

Publication number: DE102023108014A1
Application number: DE102023108014.8A
Authority: DE
Inventors: Nina Leiter; Martin Versen; Maximilian Wohlschläger; Alexander Burk; Bernd Köster; Maya Krause; Detlef Kurth
Original assignee: Technische Hochschule Rosenheim Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Weber Food Technology GmbH
Current assignee: Technische Hochschule Rosenheim In Vertretung De; Weber Food Technology Se & Co Kg De
Priority date: 2023-03-29
Filing date: 2023-03-29
Publication date: 2024-10-02
Also published as: WO2024200706A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Inspektionsvorrichtung zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung relativ zur Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes (06) mittels Fluoreszenzanregung und Messung der Fluoreszenzabklingzeit von Objektsegmenten, wobei die Inspektionsvorrichtung eine Beleuchtungseinheit (04) zur Beleuchtung des Objektes (06), eine Detektionseinheit (05) zur Messung des von einem Objektsegment emittierten Fluoreszenzsignals und eine Messeinheit aufweist.
Die Detektionseinheit (05) umfasst mehrere in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnete Detektoren (D1, D2, ..., Dn) und die Messeinheit ist zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit eines Objektsegmentes aus den mit den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) jeweils entsprechend der Anordnung in Relativbewegungsrichtung nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Inspektionsvorrichtung zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung relativ zur Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes mittels Fluoreszenzanregung und Messung der Fluoreszenzabklingzeit von Objektsegmenten, wobei die Inspektionsvorrichtung eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung des Objektes, eine Detektionseinheit zur Messung des von einem Objektsegment emittierten Fluoreszenzsignals und eine Messeinheit aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung zu einer Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes mittels Fluoreszenzanregung durch Beleuchtung des Objektes, Messung des von einem Objektsegment emittierten Fluoreszenzsignals und Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit des Objektsegmentes aus dem gemessenen Fluoreszenzsignal.
Die Weiterentwicklung von Produktionsprozessen zu vollständig automatisierten Produktionsstraßen ist in den meisten Unternehmen, welche Güter für den Endverbraucher anbieten, von großer Attraktivität. Nicht nur lassen sich größere Stückzahlen durch eine Automatisierung der Produktionsstraße effizient und ohne Mehraufwand herstellen, auch der erzielte Umsatz und somit der Gewinn werden dadurch erhöht. Den großen Vorteilen von automatisierten Produktionsstraßen steht gegenüber, dass diese fehleranfällig sind. Dadurch kann die Qualität der hergestellten Produkte leiden oder es können sich sogar Fremdkörper in das Endprodukt einschleichen, was zu Imageschäden oder gar zur Schließung von Produktionsanlagen führen kann. Die Weiterentwicklung von Inspektionssystemen ist daher von großer Bedeutung für Unternehmen, welche (automatisierte) Produktionsstraßen entwickeln.
Bei der visuellen Kontrolle von Verbrauchsprodukten stellt das begrenzte Erkennungsvermögen des menschlichen Auges eine Einschränkung dar und eine Ermüdung in eintönigen Produktionsprozessen bildet darüber hinaus einen Unsicherheitsfaktor.
Derzeit werden viele Untersuchungen im Bereich der bildgebenden Schwingungsspektroskopie angestrebt, um eine mögliche Qualitätskontrolle in Echtzeit durchzuführen. Allerdings sind die Möglichkeiten hierbei stark eingeschränkt, da teilweise die Schwingungsspektren der produzierten und zu inspizierenden Materialien sehr ähnlich zu den Schwingungsspektren der zu detektierenden Kontamination erscheinen, was eine zuverlässige Detektion der Kontamination erschwert.
WO 2021/160309 A1 offenbart ein Verfahren zur Überprüfung einer Probe durch Bestimmen einer Abweichung der Abklingzeitverteilung einer durch elektromagnetische Strahlung angeregten Autofluoreszenz der Probe von einer erwarteten Abklingzeitverteilung. Damit lassen sich Kunststoff-Verunreinigungen einer Nahrungsmittelprobe detektieren. Während der Fluoreszenzabklingzeit darf sich die Probe nicht relativ zum Detektor bewegen, um eine Verfälschung des Abklingzeitverhaltens zu vermeiden.
Die Fluoreszenzabklingzeit lässt sich im Allgemeinen durch zwei Messarten bestimmen: mittels Fluoreszenzabklingzeitmessung im Zeit- und im Frequenzbereich.
Das Verfahren der Fluoreszenzabklingzeitmessung im Zeitbereich ist nach dem Stand der Technik ein integrierendes Verfahren. Es ist beispielsweise in A. Bouchard, J. Fréchette, M. Vernon, J-F. Cormier, R. Beaulieu: Optical characterization of Pseudomonas fluorescens on meat surfaces using time-resolved fluorescence, in: Journal of Biomedical Optics 11(1), Januar/Februar 2006, 014011-1 bis -7 beschrieben.
Nach der Fluoreszenzanregung mit einem kurzen Impuls einer Lichtquelle wird durch die Messung der Fluoreszenzintensität zu unterschiedlichen Zeitpunkten das Histogramm des exponentiell über die Zeit abklingenden Fluoreszenzsignals rekonstruiert. An jedem einzelnen dieser Zeitpunkte wird hierzu eine Integration der Photonen, meist über einen Photomultiplier und eine Photodiode (Photodioden-Array) durchgeführt. Nach der Theorie sind zur Rekonstruktion mindestens drei Integrationszeitpunkte oder ist ein Photonenzählalgorithmus nötig, um das exponentiell abfallende Fluoreszenzsignal zu rekonstruieren und die Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (1) zu berechnen. $I (t) = I_{0} * exp (- \frac{t}{τ})$
Nach der Anregung der Probe mit einem kurzen Laserpuls zum Zeitpunkt t₀ klingt die Fluoreszenzintensität über die Zeit t exponentiell ab. Zum Zeitpunkt τ beträgt die Fluoreszenzintensität $\frac{1}{e} I_{0} .$
Die Fluoreszenzabklingzeit kann im Zeitbereich durch einen Photonenzählalgorithmus gemessen werden. Hierbei wird eine Uhr zum Zeitpunkt t₀ gestartet und gestoppt sobald das erste Photon auf den Detektor trifft. Der Zähler für den Zeitpunkt wann das Photon auf den Detektor trifft, z. B. zwischen t₁ und t₂, wird um 1 erhöht. Anschließend wird die Uhr erneut zum Zeitpunkt t₀ gestartet und der Vorgang wird so lange wiederholt, bis ein vorher zu definierender Endwert an Zählschritten (I₀) erreicht ist. Durch das Zählhistogramm kann die exponentiell abfallende Fluoreszenzemission rekonstruiert werden und somit die Fluoreszenzabklingzeit berechnet werden.
Ein weiteres Vorgehen ist die Rekonstruktion des exponentiell abfallenden Fluoreszenzsignals durch die Integration aller Photonen über drei definierte Zeitbereiche (S1, S2 und S3). Hierzu wird die Fluoreszenz ebenfalls mit einem kurzen Laserimpuls angeregt. Die Uhr startet dann zum Zeitpunkt t₁ und integriert alle Photonen bis zum Zeitpunkt t₂. Anschließend wird die Integration für zwei weitere Zeiträume von t₂ bis t₃ und t₃ bis t₄. durchgeführt. Die Zeiträume können gleich lang sein. Durch die drei Integrationen kann das exponentiell abfallende Fluoreszenzsignal rekonstruiert und kann die Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (1) berechnet werden. In heutigen Fluoreszenzabklingzeitmessgeräten wird häufig die oben beschriebene Photonenzählmethode für die Messtechnik verwendet, da die Messung durch die Aufzeichnung von mehreren Stützstellen genauer wird.
Das Verfahren der Fluoreszenzabklingzeitmessung im Frequenzbereich ist nach dem Stand der Technik auch ein integrierendes Verfahren. Allerdings lassen sich die Fluoreszenzabklingzeiten deutlich schneller messen als mittels der zuvor beschriebenen Fluoreszenzabklingzeitmessung im Zeitbereich, da eine kürzere Integrationszeit nötig ist.
Allgemein wird zur Messung der Fluoreszenzabklingzeit im Frequenzbereich ein moduliertes Lichtsignal (z. B. Sinus oder Rechteck) zur Fluoreszenzanregung verwendet, welches eine definierte Modulationsfrequenz ω, eine definierte Amplitude B und einen definierten Gleichwert A aufweist. Auf die Fluoreszenzanregung folgt ein phasen- und gleichwertverschobenes sowie amplitudengedämpftes Fluoreszenzsignal, welches dieselbe Frequenz ω bzw. Wellenlänge λ besitzt wie die Fluoreszenzanregung. Wird die Phasenverschiebung ϕ gemessen, kann die phasenabhängige Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (2) berechnet werden: $τ_{P h} = \frac{tan (ϕ)}{ω}$
Zusätzlich kann aus der Amplitudendämpfung und der Gleichwertverschiebung der Modulationsindex M nach Gleichung (3) berechnet werden: $M = \frac{b / a}{B / A}$
Der berechnete Modulationsindex M kann anschließend zur Berechnung der modulationsabhängigen Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (4) verwendet werden: $τ_{M} = \frac{1}{ω} \cdot \sqrt{\frac{1}{M^{2}} - 1}$
Der strahlende Prozess der Fluoreszenz klingt innerhalb von wenigen Nanosekunden ab, was bedeutet, dass die Modulationsfrequenzen ω meistens im Bereich von mehreren zehn MHz liegen.
Für die bildgebende Fluoreszenzabklingzeitmessung, auch Frequency Domain Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy genannt, sind Kameras verfügbar, die diese Fluoreszenzschwingung statisch messen können.
H. Chen, G. Holst, E. Gratton: Using of a modulated CMOS camera for fluoreszence lifetime microscopy, in: Microsc. Res. Tech. 2015 December; 78(12): 1075-1081 beschreiben eine CMOS-Kamera, die an ihrem Ausgang eine Serie modulierter Bilder bereitstellt. Die uneinheitliche Systemantwort über den Bildsensor wird auf Pixelebene kalibriert. Diese Pixelkalibrierung ist z. B. für die Modulationsfrequenz und die Belichtungszeit erforderlich. Es besteht eine signifikante Abhängigkeit des Modulationssignals von der Intensität, so dass für jedes Pixel eine zusätzliche Kalibrierung in Abhängigkeit von der Pixelintensität erfolgt.
Die Kamera besteht aus 1008x1008 Pixeln, wobei sich in jedem Pixel zwei Taps (Tap A und Tap B) befinden. Tap A integriert hierbei von 0 bis π und Tap B von π bis 2π die einfallenden Fluoreszenzphotonen auf. Durch zwei Integrationen lässt sich die sinusoidale Fluoreszenzschwingung allerdings nicht rekonstruieren. Aus diesem Grund müssen die Integrationsfenster um einen definierten Zeitraum (Phasenwinkel) verschoben werden. Je nach Genauigkeit können hierbei vier Integrationen bei zwei unterschiedlichen Phasenwinkeln, acht Integrationen bei vier verschiedenen Phasenwinkeln oder sechzehn Integrationen bei acht verschiedenen Phasenwinkeln zur Rekonstruktion des sinusoidalen Fluoreszenzsignals verwendet werden. So kann beispielsweise eine Integrationsmessung mit sechzehn Photonenintegrationen zu acht verschiedenen Phasenwinkeln vorgenommen werden. Tap A ist aktiv im Zeitraum von 0 bis π und Tap B von π bis 2π. Anschließend wird der Startzeitpunkt auf π/8 verschoben und es ergeben sich zwei neue Zeiträume, in denen Tap A und Tap B aktiv sind: Tap A von π/8 bis 5π/8 und Tap B von 5π/8 bis 9π/8. Die Verschiebung des Phasenwinkels weitere sechs Male um jeweils π/8 führt zu sechzehn Integrationsstützstellen, aus denen die Fluoreszenzschwingung rekonstruiert wird. Die sechzehn Integrationen finden bei dieser Messung immer nacheinander statt. Der Benutzer hat eine Belichtungszeit einzustellen. Durch die Definition der Belichtungszeit wird festgelegt wie häufig diese Integrationszyklen durchlaufen werden. Somit können die Phasenverschiebung und der Modulationsindex gemessen und die phasenabhängige und modulationsabhängige Fluoreszenzabklingzeit für jedes Pixel bestimmt werden.
Wichtig bei den Messungen ist, dass die Probe, welche von der Kamera vermessen werden soll, ruht und während des Belichtungszeitraums nicht relativ zur Kamera bewegt wird, was eine Nutzung der Kamera für echtzeitnahe Prozesse unmöglich macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Inspektionsvorrichtung und ein Verfahren zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung relativ zur Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes mittels Fluoreszenzanregung zu schaffen, um eine automatisierte, echtzeitfähige, sensitive und selektive Identifikation von Qualitätsmerkmalen eines sich bewegenden Objektes durchzuführen.
Die Aufgabe wird mit der Inspektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der gattungsgemäßen Inspektionsvorrichtung zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in Relativbewegungsrichtung relativ zur Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes mittels Fluoreszenzanregung und Messung der Fluoreszenzabklingzeit von Objektsegmenten wird vorgeschlagen, dass die Detektionseinheit mehrere in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnete Detektoren umfasst und die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit eines Objektsegmentes aus den mit den hintereinander angeordneten Detektoren jeweils entsprechend der Anordnung in Relativbewegungsrichtung nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet ist.
Die optische Erfassung von Eigenschaften eines in Relativbewegungsrichtung relativ zu der Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes mittels Fluoreszenzanregung wird durch die Verfahrensschritte der:

- Beleuchtung des Objektes,
- Messung des von einem Objektsegment des Objektes emittierten Fluoreszenzsignals und
- Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit des Objektsegmentes aus dem gemessenen Fluoreszenzsignal

Die Relativbewegung kann durch einen Transport des Objektes auf einer Fördereinrichtung erfolgen, wobei die Detektoren ortsfest zur Fördereinrichtung angeordnet sind. Das Objekt wird dann relativ zu der Inspektionsvorrichtung an den Detektoren vorbeibewegt. Die Relativbewegung kann aber auch mit einem ortsfesten Objekt durch Bewegung der Inspektionsvorrichtung bzw. ihrer Detektoren an dem Objekt vorbei erfolgen. Denkbar ist auch eine Relativbewegung, bei der sowohl das Objekt als auch die Inspektionsvorrichtung mit ihren Detektoren während der optischen Erfassung der Eigenschaften mittels Fluoreszenzanregung relativ zueinander bewegt werden.
Für jeden Detektor kann ein jeweiliger Integrationszeitraum vorgegeben sein. Die Integrationszeiträume der hintereinander angeordneten Detektoren können entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander ausgehend von einer Fluoreszenzanregung nacheinander beginnen, um unterschiedliche Integrationsintervalle zu realisieren. Die Inspektionsvorrichtung kann dabei zur wiederholten Fluoreszenzanregung und Messung einer summierten Fluoreszenzintensität durch Aufsummieren der nach einer jeweiligen Fluoreszenzanregung mit jeweils einem Detektor in dem jeweiligen Integrationszeitraum gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet sein, um jeweils für einen Detektor eine summierte Fluoreszenzintensität für den Integrationszeitraum des Detektors zu erhalten.
Durch die wiederholte Fluoreszenzanregung und Messung einer summierten Fluoreszenzintensität durch Aufsummieren der nach einer jeweiligen Fluoreszenzanregung mit jeweils einem Detektor in einem jeweiligen Integrationszeitraum gemessenen Fluoreszenzintensitäten, um jeweils für einen Detektor eine summierte Fluoreszenzintensität für den Integrationszeitraum des Detektors zu erhalten, können auch einzeln schwache Fluoreszenzintensitäten zuverlässig erfasst werden.
Die jeweiligen Integrationszeiträume können für jeden Detektor so vorgegeben sein, dass die Integrationszeiträume der hintereinander angeordneten Detektoren entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander ausgehend von einer Fluoreszenzanregung zeitlich nacheinander beginnen. Damit erfasst jeder Detektor einen jeweils detektorspezifisch festgelegten Abschnitt der Fluoreszenzabklingkurve, um für diese Stützstelle der Fluoreszenzabklingkurve einen integrierten (aufsummierten) Messwert für die Fluoreszenzintensität an diesem vorgegebenen Messzeitpunkt bzw. Messzeitraum zu erhalten. Durch die hintereinander angeordneten Detektoren, denen jeweils entsprechend zu der räumlichen Anordnung zeitlich nacheinander liegende Messzeitpunkte bzw. Integrationszeiträume zugeordnet sind, können mehrere integrierte Messwerte für die Fluoreszenzintensität an unterschiedlichen Stützstellen der Fluoreszenzabklingkurve ermittelt werden, um hieraus die Fluoreszenzabklingkurve bzw. das Fluoreszenzabklingverhalten mit der Fluoreszenzabklingzeit zu bestimmen. Eine Relativbewegung des Objektes in Relativbewegungsrichtung, d. h. in Richtung der hintereinander angeordneten Detektoren, kann auf diese Weise kompensiert werden und ist unschädlich.
Es kann eine Messung durch wiederholte Fluoreszenzanregung und Summierung der in einem Integrationszeitraum jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten in einem Messzeitintervall erfolgen, in dem sich ein Objektsegment bei seiner Relativbewegung im Erfassungsbereich eines Detektors befindet.
Die von den Detektoren jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten können Messwerte an Stützstellen des Fluoreszenzabklingverhaltens eines Objektsegmentes bilden. Die Messeinheit kann zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus dem mit den Messwerten an den Stützstellen gemessenen Fluoreszenzabklingverhalten eingerichtet sein.
In einer Variante kann die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment beispielsweise im Zeitbereich aus den nach gepulsten Fluoreszenzanregungen von den hintereinander angeordneten Detektoren für zeitlich nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten erfolgen. Hierzu kann ein Detektor jeweils eine Fluoreszenzintensität zu einem bestimmten Zeitpunkt oder über ein bestimmtes Zeitintervall erfassen. Die Fluoreszenzabklingzeit lässt sich dann aus den Fluoreszenzintensitäten für die verschiedenen, relativ zueinander verschobenen Zeitbereiche ermitteln.
In einer anderen Variante kann die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment beispielsweise im Frequenzbereich aus den von den hintereinander angeordneten Detektoren nach einer frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung für zeitlich nacheinander liegende Integrationszeiträume jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten erfolgen. Hierzu kann ein Detektor jeweils eine Fluoreszenzintensität für einen vorgegebenen Schwingungsphasenbereich der Schwingung der frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung erfassen. Die Fluoreszenzabklingzeit lässt sich dann aus den Fluoreszenzintensitäten für die verschiedenen, relativ zueinander verschobenen Schwingungsphasenbereiche ermitteln.
Dabei kann eine Anzahl von in Relativbewegungsrichtung direkt hintereinander angeordneten Detektoren vorhanden sein, wobei ein Detektor jeweils entsprechend seiner räumlichen Positionierung in der Folge der Anordnung der Detektoren hintereinander die Fluoreszenzintensität in einem vorgebebenen zeitlich aufeinanderfolgenden Schwingungsphasenbereich erfasst.
Die Inspektionsvorrichtung kann mehrere Gruppen mit jeweils einer Anzahl von direkt hintereinander angeordneten Detektoren aufweisen. Die Gruppen können in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnet sein. Die Messeinheit ist dann zur Aufsummierung der Fluoreszenzintensitäten, die von den Detektoren der Gruppen für dieselben Schwingungsphasenbereiche für ein Objektsegment erfasst wurden, eingerichtet, um summierte Fluoreszenzintensitäten für Zeitbereiche einer Fluoreszenzabklingphase, die dem jeweiligen Schwingungsphasenbereich entsprechen, zu erhalten.
Die Inspektionsvorrichtung kann in Richtung der Breite quer zur Relativbewegungsrichtung, die im Falle des auf einem Transportbandes in eine Transportrichtung bewegten Objektes der Längserstreckung des Transportbandes bzw. der Transportrichtung entspricht, mehrere nebeneinander angeordnete Detektionszeilen mit jeweils einer Anzahl von in Relativbewegungsrichtung in einer Folge direkt hintereinander angeordneten Detektoren aufweisen. Die Messeinheit ist dann zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeiten von in Richtung der Breite quer zur Relativbewegungsrichtung nebeneinander liegenden Objektsegmenten mit den Detektionszeilen eingerichtet.
Die Inspektionsvorrichtung und das Verfahren können vorteilhaft eingesetzt werden, um (geschnittene) Scheiben von Lebensmittelprodukten zu inspizieren, die nach dem Aufschneiden auf einem Förderband vereinzelt und einer Verpackungsmaschine zugeführt werden. Diese Objekte bewegen sich dabei mit einer hohen Geschwindigkeit auf dem Förderband. Die definierte Bewegung wird nun ausgenutzt, um mit den in Transportrichtung, d. h. der Relativbewegungsrichtung, hintereinander angeordneten Detektoren für ein Objektsegment in dem Zeitpunkt, in dem sich das Objektsegment im Erfassungsbereich des Detektors befindet, die Fluoreszenzintensität zu bzw. in einem dem Detektor zugeordneten Zeitpunkt bzw. Integrationszeitraum der Fluoreszenzabklingphase zu messen und diese im Laufe des Vorschubs mit den Fluoreszenzintensitäten für diese Stützstellen zusammenzuführen, die mit den Detektoren nacheinander gemessen wurden, um daraus die Fluoreszenzabklingkurve bzw. die damit verbundene Fluoreszenzabklingzeit zu ermitteln.
Die Inspektionsvorrichtung und das Verfahren können aber auch für andere Einsatzgebiete genutzt werden, wie bspw. zur Inspektion der Qualität von im Produktionsprozess geförderten Holzwerkstoffen, fluiden Medien, bei der Herstellung von bandförmigen Halbzeugen, Garnen und dergleichen.
Darüber hinaus kann die Inspektionsvorrichtung auch so gestaltet werden, dass sie sich selbst über ein statisches Objekt bewegt, wie bspw. zur Inspektion von Rohren (sowohl im Rohr, als auch außen am Rohr) hinsichtlich Verunreinigungen. Hierbei ist die Relativbewegungsrichtung durch die Inspektionsrichtung vorgegeben, in der die Inspektionsvorrichtung entlang des Objektes bewegt wird. Die Detektoren können entsprechend des Einsatzzweckes dabei in Erstreckungsrichtung des zu untersuchenden statischen Objektes hintereinander angeordnet sein.
Die Inspektionsvorrichtung kann in einen Messtunnel eingebaut sein, um auf diese Weise störende Einflüsse von Nebenlicht zu reduzieren und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Sie kann beispielsweise mit einem Röntgenscanner kombiniert werden, der einen abgeschirmten Messtunnel aufweist.
Bei der Ausführung des Verfahrens kann eine wiederholte Fluoreszenzpulsanregung und Messung einer summierten Fluoreszenzintensität durch Aufsummieren der nach einer jeweiligen Fluoreszenzanregung mit jeweils einem Detektor in einem jeweiligen Integrationszeitraum gemessenen Fluoreszenzintensitäten erfolgen, um jeweils für einen Detektor eine summierte Fluoreszenzintensität für den Integrationszeitraum des Detektors zu erhalten. Die jeweiligen Integrationszeiträume für jeden Detektor sind dabei so vorgegeben, dass die Integrationszeiträume der hintereinander angeordneten Detektoren entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander ausgehend von einer Fluoreszenzpulsanregung zeitlich nacheinander beginnen.
Es kann eine wiederholte Fluoreszenzpulsanregung und Summierung der in einem Integrationszeitraum jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten in einem Messzeitintervall erfolgen, in dem sich ein Objektsegment bei seiner Relativbewegung in Relativbewegungsrichtung im Erfassungsbereich eines Detektors befindet. Damit lassen sich auch schwache Fluoreszenzsignale durch Integration zu Messsignalen verarbeiten, die ein hinreichendes Signal-Rauch-Verhältnis aufweisen.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann eine Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus dem mit Messwerten an Stützstellen gemessenen Fluoreszenzabklingverhalten erfolgen, wobei die von den Detektoren jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten die Messwerte an Stützstellen einer Fluoreszenzabklingphase eines Objektsegmentes bilden.
Die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment kann im Zeitbereich aus den nach einer gepulsten Fluoreszenzanregung von den hintereinander angeordneten Detektoren für jeweils ein Objektsegment zeitlich nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten durchgeführt werden.
Vorteilhaft ist aber auch eine Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment im Frequenzbereich aus den von den hintereinander angeordneten Detektoren nach einer frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung für nacheinander liegende Integrationszeiträume jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten. Ein Detektor erfasst hierzu jeweils eine Fluoreszenzintensität für einen vorgegebenen Schwingungsphasenbereich der Schwingung der frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung und es erfolft eine Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus den Fluoreszenzintensitäten für die verschiedenen, relativ zueinander verschobenen Schwingungsphasenbereiche.
Die Relativbewegung kann zum Erfassen der Fluoreszenzintensität durch einen Detektor jeweils entsprechend seiner räumlichen Positionierung in der Folge der Anordnung der Detektoren hintereinander in einem vorgebebenen aufeinanderfolgenden Schwingungsphasenbereich ausgenutzt werden. Dabei ist eine Anzahl von in Relativbewegungsrichtung direkt hintereinander angeordneten Detektoren vorhanden.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann eine Aufsummierung der Fluoreszenzintensitäten, die von den Detektoren der Gruppen für dieselben Zeitbereiche der Fluoreszenzabklingphase oder dieselben Schwingungsphasenbereiche für ein Objektsegment erfasst wurden, vorgenommen werden, um summierte Fluoreszenzintensitäten für Integrationszeitbereiche einer Fluoreszenzabklingphase zu erhalten. Dabei können mehrere Gruppen mit jeweils einer Anzahl von direkt hintereinander angeordneten Detektoren vorhanden sein, wobei die Gruppen in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen mit Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 - Schematische Darstellung der Messung von Fluoreszenzabklingzeiten im Zeitbereich;
2 - Schematische Darstellung der Messung von Fluoreszenzabklingzeiten im Frequenzbereich;
3 - Schematische Darstellung einer FD-FLIM Messung mit Photonenintegrationsfenstern zu zwei verschiedenen Zeitpunkten der Fluoreszenzschwingung;
4 - Schematische Seitenansicht einer Inspektionsvorrichtung mit einem Transportband, einer Beleuchtungseinheit und einer Detektionseinheit, die mehrere in Transportrichtung hintereinander angeordnete Detektoren aufweist;
5 - Schematische Frontansicht der Inspektionsvorrichtung aus 4;
6 - Skizze einer Detektionseinheit mit einem Detektor, einem Objektiv und einem optischen Filter zum Blocken von Reflexionen, Streulicht oder ähnlichem;
7 - Diagramm eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs des Fluoreszenzsignals mit den Integrationszeiträumen von verschiedenen Detektoren für die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Zeitbereich;
8 - Skizze der Größe eines Detektors mit dem Zeitintervall, in dem ein Objektpunkt den Erfassungsbereich des Detektors überstreicht;
9 - Diagramm eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs des Fluoreszenzsignals mit den Integrationszeiträumen von verschiedenen Detektoren für die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Frequenzbereich.

1 lässt eine schematische Darstellung der Messung von Fluoreszenzabklingzeiten im Zeitbereich erkennen. Im Diagramm a) ist zu erkennen, dass zum Zeitpunkt t₀ eine Fluoreszenzanregung eines Objektes durch einen elektromagnetischen Anregungspuls mit einer Intensität I₀ erfolgt. Hierdurch wird eine Fluoreszenz von dem Objekt emittiert, deren Fluoreszenzintensität über die Zeit t exponentiell nach der eingangs genannten Gleichung (1) abnimmt.
Zum Zeitpunkt der Zeitkonstanten τ beträgt die Fluoreszenzintensität $I (τ) = \frac{1}{e} I_{0} .$
Bei diesem Grundprinzip wird davon ausgegangen, dass sich das Objekt während der Abklingphase der Fluoreszenz nicht relativ zum Detektor bewegt.
Die auf einen Detektor auftreffenden Photonen der emittierten Fluoreszenz des Objektes können nun im Zeitbereich mit einem Photonenzählverfahren gemessen werden.
Dies ist in dem Diagramm b) skizziert. Hierzu wird eine Uhr zum Anregungszeitpunkt t₀ gestartet und der Zeitpunkt festgestellt, wann das erste Photon auf den Detektor trifft. Der Zähler für den Zeitpunkt wann ein Photon z. B. im Zeitintervall t₁ bis t₂ auf den Detektor fällt wird dann inkrementiert und die Messung wird durch erneute Anregung und erneutes Starten der Uhr zum Anregungszeitpunkt t₀ wiederholt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt bis ein vorgegebener Endwert an Zählwerten erreicht ist.
Wie im Diagramm c) dargestellt, kann aber auch eine Integration der detektierten Fluoreszenzintensitäten über Integrationszeiträume (z. B. S1 im Zeitraum t1 bis t2, S2 im Zeitraum t2 bis t3, S3 im Zeitraum t3 bis t4) erfolgen. Durch diese z. B. drei Integrationen werden Messwerte für die unterschiedlichen Stützstellen der Fluoreszenzabklingkurve gemessen, aus denen das exponentiell abfallende Fluoreszenzsignal rekonstruiert und die Fluoreszenzabklingzeit mit der Gleichung (1) berechnet werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Messung von Fluoreszenzabklingzeiten im Frequenzbereich. Die Fluoreszenzanregung erfolgt mit einem modulierten Lichtsignal 01, wie bspw. einem Sinussignal (wie dargestellt) oder einem Rechtecksignal (nicht gezeigt), das eine vorgegebene Modulationsfrequenz ω, eine definierte Amplitude B und einen definierten Gleichwert A aufweist. Auf die Fluoreszenzanregung wird von dem Objekt ein phasen- und gleichwertverschobenes sowie in der Amplitude gedämpftes Fluoreszenzsignal 02 emittiert, welches dieselbe Modulationsfrequenz ω besitzt, wie die Fluoreszenzanregung, d. h. das Lichtsignal 01. Durch Messung der Phasenverschiebung Φ kann die phasenabhängige Fluoreszenzabklingzeit τ_Ph nach der der eingangs genannten Gleichung (2) berechnet werden.
Zusätzlich kann aus der Amplitudendämpfung und der Gleichwertverschiebung der Modulationsindex M nach der eingangs genannten Gleichung (3) berechnet werden.
Der berechnete Modulationsindex M kann anschließend zur Berechnung der modulationsabhängigen Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (4) verwendet werden.
Der strahlende Prozess der Fluoreszenz klingt innerhalb von wenigen Nanosekunden ab, was bedeutet, dass die Modulationsfrequenzen ω meistens im Bereich von mehreren zehn MHz liegen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer FD-FLIM Messung mit Photonenintegrationsfenstern zu zwei verschiedenen Zeitpunkten der Fluoreszenzschwingung. Die Fluoreszenzintensitäten werden dabei pixelweise ortsaufgelöst durch die auf jeweilige Pixel auftreffenden Photonen detektiert. Auch hier wird zunächst davon ausgegangen, dass sich das Objekt während der Belichtungszeit nicht relativ zur Kamera bewegt.
In jedem Pixel befinden sich zwei Taps (Tap A und Tap B). Tap A integriert die einfallenden Fluoreszenzphotonen hierbei im Phasenwinkel von 0 bis π und Tap B im Phasenwinkel von π bis 2π der Vollwelle des Fluoreszenzsignals 02 auf. Die Integrationsfenster werden um einen definierten Zeitraum (Phasenwinkel) verschoben. Hierbei können je nach Genauigkeit vier Integrationen bei zwei unterschiedlichen Phasenwinkeln, acht Integrationen bei vier verschiedenen Phasenwinkeln oder sechzehn Integrationen bei acht verschiedenen Phasenwinkeln zur Rekonstruktion des sinusoidalen Fluoreszenzsignals verwendet werden.
So kann beispielsweise eine Integrationsmessung mit sechzehn Integrationen zu acht verschiedenen Phasenwinkeln vorgenommen werden. Tap A ist aktiv im Zeitraum von 0 bis π und Tap B von π bis 2π. Anschließend wird der Startzeitpunkt auf π/8 verschoben und es ergeben sich zwei neue Zeiträume in denen Tap A und Tap B aktiv sind: Tap A von π/8 bis 5π/8 und Tap B von 5π/8 bis 9π/8. Die Verschiebung des Phasenwinkels weitere sechs Male um π/8 führt zu sechzehn Integrationsstützstellen, aus denen die Fluoreszenzschwingung rekonstruiert wird. Die sechzehn Integrationen finden bei dieser Messung immer nacheinander statt. Der Benutzer hat eine Belichtungszeit einzustellen. Durch die Definition der Belichtungszeit wird festgelegt, wie häufig diese Integrationszyklen durchlaufen werden. Somit können die Phasenverschiebung und der Modulationsindex gemessen und die phasenabhängige und modulationsabhängige Fluoreszenzabklingzeit für jedes Pixel bestimmt werden.
Die oben vom Grundprinzip erläuterten Messverfahren gehen davon aus, dass das Objekt in Ruhe ist und während des Belichtungszeitraums nicht relativ zur Kamera bewegt wird.
Im Folgenden werden auf Grundlage dieser Grundprinzipien verbesserte Inspektionsverfahren beschrieben, bei denen sich das Objekt relativ zur Inspektionsvorrichtung in eine Relativbewegungsrichtung bewegen kann. Hierzu kann das Objekt bspw. auf einer Fördereinrichtung in eine Transportrichtung relativ zu ortsfest zu der Fördereinrichtung angeordneten Detektoren bewegt werden.
4 lässt eine schematische Seitenansicht einer Inspektionsvorrichtung mit einer Fördereinrichtung 03 (z. B. Transportband 03), einer Beleuchtungseinheit 04 und einer Detektionseinheit 05 erkennen, die mehrere in Transportrichtung TR hintereinander angeordnete Detektoren D1, D2, ..., Dn aufweist. Die Transportrichtung TR ist mit einem Pfeil mit der Transportgeschwindigkeit v identifiziert. Das Transportband 03 mit den darauf positionierten Objekten 06 bewegt sich dabei mit der Transportgeschwindigkeit v von links nach rechts.
Oberhalb des Transportbandes 03 befindet sich schematisch angeordnet die Beleuchtungseinheit 04, welche variabel an die Anzahl an Detektoren D1, D2, ..., Dn der Detektionseinheit 05 angepasst ist, um die Ausleuchtung der zu inspizierenden Strecke des Messaufbaus zu gewährleisten. Die Länge des gesamten Messaufbaus ist hierbei abhängig von der gewählten Transportgeschwindigkeit v, der gewählten Detektorengröße U und der Anzahl der Detektoren n*05. Je genauer die Auflösung des Messverfahrens sein muss, umso mehr Detektoren D1, D2, ..., Dn werden nacheinander geschaltet. Die Detektoren D1, D2, ..., Dn werden hierbei entweder zur Detektion im Zeitbereich oder im Frequenzbereich verwendet.
Die Beleuchtungseinheit 04 kann bspw. ein Lichtpaneel, ein Diodenlaser, ein LED-Array oder ähnliches aufweisen.
Die Detektoren D1, D2, ..., Dn sind in Transportrichtung TR hintereinander angeordnet. Der Abstand x der Detektoren D1, D2, ..., Dn voneinander kann abhängig von der Auflösung der Detektionseinheit 05 gewählt werden. Die Anzahl der Detektoren D1, D2, ..., Dn kann abhängig von der nötigen Belichtungszeit, die für die Messungen zu den Zeitpunkten t₁, t₂, ..., t_n erforderlich ist, gewählt werden.
Die Detektoren D1, D2, ...., Dn können beispielsweise Photodioden, Photodiodenarrays oder photosensitive Pixel eines Kamerasensors sein. Die in Transportrichtung TR hintereinander angeordneten Detektoren D1, D2, ..., Dn bilden eine Gruppe von Detektoren.
5 zeigt eine schematische Frontansicht der Inspektionsvorrichtung aus 4. Die Fördereinrichtung 03 bewegt die darauf positionierten Objekte 06 in Transportrichtung TR (d. h. in Relativbewegungsrichtung), die in Blickrichtung in die Darstellung hinein oder aus der Darstellung heraus läuft. Es ist erkennbar, dass in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Detektoren der Detektionseinheit 05 in Richtung der Breite der Fördereinrichtung 03, d. h. quer zur Transportrichtung TR nebeneinander angeordnet sind, um durch einen eingeschränkten Detektionsbereich Objektsegmente von einem oder mehreren Objekten 06 über die Breite der Fördereinrichtung 03 inspizieren zu können.
Es ist erkennbar, dass sich auf der Fördereinrichtung 03 (z. B. Transportband 03) die zu inspizierenden Objekte 06 für die Qualitätssicherung befinden. Eine Beleuchtungseinheit 04, welche aus Lichtpaneelen, Diodenlasern, LEDs, LED Arrays oder Vergleichbarem bestehen kann, bestrahlt die sich auf dem Transportband 03 befindenden Objekte 06 bei der Inspektion im Zeitbereich mit gepulstem Licht oder bei der Inspektion im Frequenzbereich mit moduliertem Licht. Die Pulsdauer, die Frequenz der Pulse und/oder die Messzeit (Integrationsintervall) können für die Messung im Zeitbereich vom Benutzer je nach Anwendungsfall festgelegt werden.
Die Modulation des Lichtes für die Messung im Frequenzbereich kann beispielsweise rechteckförmig oder sinusförmig von einer vom Benutzer und vom Anwendungsfall festgelegten Modulationsfrequenz sein. Je nach Anwendungsfall kann die Beleuchtungseinheit 04 zur Anregung der Fluoreszenz eine oder mehrere Wellenlängen aus dem elektromagnetischen Spektrum (UV, VIS, NIR, MIR,...) bereitstellen.
Die Beleuchtungseinheit 04 ist dabei so angeordnet und ausgebildet, dass sie unter einem definierten Einstrahlwinkel das gesamte Transportband 03 ausleuchtet. Die Position der Beleuchtungseinheit 04 ist nur schematisch dargestellt und kann relativ zum Transportband 03 auch anderweitig gewählt sein. Bei der Messung des Fluoreszenzsignals im Zeitbereich emittieren die zu untersuchenden Objektsegmente eines Objektes 06 ein exponentiell abklingendes Fluoreszenzsignal von wenigen Nanosekunden. Im Frequenzbereich emittieren die Objekte 06 ein Fluoreszenzsignal, welches dieselbe Frequenz hat wie das Anregungssignal, welches von der Beleuchtungseinheit 04 ausgeht. Das Fluoreszenzsignal wird sowohl im Falle der Messung im Zeitbereich als auch im Falle der Messung im Frequenzbereich von den Detektionseinheiten 05 detektiert.
6 lässt eine Skizze einer Detektionseinheit 05 mit einem Detektor 07, einem Objektiv 08 und einem Filter 09 erkennen.
Allgemein setzt sich eine Detektionseinheit 05 für Fluoreszenzmessungen aus mehreren Einheiten zusammen, die allerdings nicht alle zwingend vorhanden sein müssen. Für die Fluoreszenzmessung sollte das vom Detektor 07 detektierte Signal frei von jeglicher Reflexion und von Streulicht sein. Ein Detektor 07 kann eine Photodiode, ein Photodiodenarray oder auch ein photosensitiver Bereich eines Sensors einer Kamera sein. Dieses photosensitive Element wird allgemein als Detektor 07 bezeichnet. An der Detektionseinheit 05 können die Belichtungszeit, die Aufnahmeverzögerung (Delay) und der Start der Aufnahme eingestellt oder durch externe Signale getriggert werden. Hierzu werden normalerweise optische Filter 09 verwendet. Diese können allerdings auch vernachlässigt werden, falls die Beleuchtungseinheit 04 und die Detektionseinheit 05 in einem Winkel zueinander positioniert werden, unter welchem keine Reflexion bzw. keine Streuung auf den Detektor 07 trifft. Zusätzlich wird/werden im Normalfall ein Objektiv oder Linsen 08 für Detektoren 07 eingesetzt, um das zu detektierende Licht kollimiert auf den Detektor 07 fallen zu lassen.
7 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs des Fluoreszenzsignals mit den Integrationszeiträumen von verschiedenen Detektoren D1, D2, D3 für die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Zeitbereich.
Eine schematische Darstellung, wie der Detektionsablauf und die Rekonstruktion des Fluoreszenzsignals im Zeitbereich über die einzelnen in Transportrichtung TR hintereinander angeordneten Detektoren D1, D2, D3 erfolgen, ist in der 7 zu erkennen. Zum Zeitpunkt t₀ wird ein Laser zur Fluoreszenzanregung gepulst. Im Anschluss integriert der erste Detektor D1 alle Photonen im Zeitraum von t₁ bis t₂. Nachdem die Integration abgeschlossen ist und die Fluoreszenz erloschen ist (Zeitraum von Nanosekunden), wird der Laser erneut gepulst und der zweite Detektor D2 integriert die Photonen im Zeitraum von t₂ bis t₃. Das erneute Pulsen und Integrieren wird mit dem dritten Detektor D3 nochmals von t₃ bis t₄ wiederholt. Aus den drei Integrationen lässt sich das exponentiell abfallende Fluoreszenzsignal rekonstruieren und nach der Theorie die Fluoreszenzabklingzeit berechnen.
Natürlich können für eine höhere Genauigkeit auch vier oder mehr Integrationszeiträume pro Fluoreszenzsignal gewählt werden. Werden beispielsweise sechzehn Detektoren zur Rekonstruktion der Fluoreszenzschwingung verwendet, ergeben sich sechzehn Integrationszeiträume und die Genauigkeit des Verfahrens steigt. Es müssen mindestens drei Detektoren eingesetzt werden, da nur dann mit den drei Stützstellen die Rekonstruktion des exponentiell abfallenden Fluoreszenzsignals möglich ist.
Um die Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment zu bestimmen, wird die aus einer einzigen Anregung resultierende Abklingkurve an mindestens drei Stützstellen bzw. in den mindestens drei Integrationszeiträumen bestimmt. Wenn sich das zu untersuchende Objektsegment bei einer Anregung nur im Erfassungsbereich eines einzigen Detektors befindet, erfolgt die Inspektion so, dass die Bewegung des Objektes mit einer Relativgeschwindigkeit entlang der hintereinander angeordneten Detektoren ausgenutzt wird, um jedem Detektor eine Stützstelle der prinzipiell bei jeder Anregung gleichbleibenden Fluoreszenzabklingkurve zuzuordnen und mit den Detektoren bei einer Anregung mehrerer Objektsegmente die Fluoreszenzintensitäten an den jeweiligen Stützstellen für alle Objektsegmente zu erfassen, die sich zu dem Zeitpunkt im Erfassungsbereich jeweils eines Detektors D1, D2, ..., Dn befinden. Nach dem Vorschub befindet sich zu einem späteren Erfassungszeitpunkt das Objektsegment, das vorher von einem vorgelagerten Detektor, z. B. Detektor D1, hinsichtlich einer Stützstelle, z. B. der ersten Stützstelle, inspiziert wurde, im Erfassungsbereich eines nachgelagerten Detektors, z. B. Detektor D2. Dann wird das Objektsegment von diesem Detektor (z. B. D2) in Bezug auf die nächste Stützstelle, z. B. die zweite Stützstelle, inspiziert. Die für ein Objektsegment auf diese Weise mit den Detektoren D1, D2, ..., Dn zeitlich nacheinander erfassten Fluoreszenzintensitäten für die Stützstellen können dann in Abhängigkeit der bekannten Transportgeschwindigkeit bzw. Relativgeschwindigkeit einem gemeinsamen Objektsegment zugeordnet werden, um aus diesen Messwerten die Fluoreszenzabklingkurve bzw. die Fluoreszenzabklingzeit für das ausgewählte Objektsegment zu bestimmen.
Die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Zeitbereich wird nachfolgend anhand eines Beispiels verdeutlicht.
Die Fluoreszenzabklingzeitmessung im Zeitbereich kann beispielsweise auf einer Produktionsstraße im Lebensmittelbereich zur Inspektion von geschnittener Salami eingesetzt werden. Nach dem Schneidevorgang laufen die vereinzelten Salamischeiben (Objekte 06) mit einer Bandgeschwindigkeit von 0,5 m/s (0,5 nm/ns). Salami hat eine Fluoreszenzabklingzeit von 2 - 2,5 ns. Daraus ergibt sich die Zeit von etwa 12 ns, bis der Wert der Fluoreszenzintensität auf <0.01 abgesunken ist. Werden vier Detektoren D1, D2, D3, D4 zur Integration eingesetzt, muss der gewählte Detektor D1, D2, D3, D4 in der Lage sein, eine Integrationszeit von 12 ns/4 = 3 ns zu bewerkstelligen.
Als Detektor D1, D2, D3, D4 wird jeweils eine Photodiode gewählt, welche eine Länge in Richtung des Bandlaufes von 1 mm aufweist. Bei einer Vermessung von 1 mm Strecke kann ein Versatz von 6 nm während eines Abklingvorgangs der Fluoreszenz der Salami vernachlässigt werden. In diesem Beispiel dauert die Bewegung des Objektes 06 über die Strecke von 1 mm bei einer Bandgeschwindigkeit von 0,5 m/s etwa 2 ms (Zeitraum Δxt).
Dies ist aus der 8 zu erkennen, die eine Skizze des lokalen Erfassungsbereichs Δx eines Detektors D in Bezug auf das Zeitintervall Δt zeigt, in dem ein Objektpunkt in den Erfassungsbereich des Detektors D eintritt und austritt, d. h. den Erfassungsbereich überstreicht. Der Zeitpunkt xt1 stellt die erste Messung an einem Objektsegment dar und das Zeitintervall Δxt die Zeit, die vergeht, bis der Spot auf dem Objektsegment die photosensitive Fläche des Detektors D verlässt. Die Kantenlänge des Detektors D repräsentiert beispielhaft die photosensitive Erfassungsgröße bzw. die Erfassungslänge Δx des Detektors D.
Innerhalb eines Integrationszeitraumes können durch wiederholte Fluoreszenzanregung, d. h. durch Pulsen der Beleuchtungseinheit 04, zusätzliche Fluoreszenzintensitäten hervorgerufen und gemessen werden. So kann in einem ersten Integrationszeitraum t₁ bis t₂ von 2 ms bei einer Fluoreszenzabklingzeit von 12 ns durch nochmaliges Pulsen eine Anzahl von 166.667 zusätzlichen Photonenintegrationen durchgeführt werden (2 ms / 12 ns = 166.667). Diese einzelnen Photonenintegrationen werden summiert und stellen die erste Integration im Zeitraum t₁ bis t₂ dar. Bei dem zweiten Detektor D2, dem dritten Detektor D3 und dem vierten Detektor D4 werden die Integrationen wiederholt, jedoch wird nach dem Puls der Zeitraum t₁ bis t₂, t₂ bis t₃ und t₃ bis t₄ abgewartet und werden erst im Zeitraum t₂ bis t₃, t₃ bis t₄ und t₄ bis t₅ die Photonen integriert. Durch die gewählten Parameter ergibt sich eine totale Belichtungszeit von 2 ms pro Photodiode und die Länge der Messstrecke von 4 mm.
Werden 128 Photodiodenarrays hintereinandergeschaltet, um die Messungen für die vier Integrationsfenster (d. h. vier Stützstellen) von t₁ bis t₂, t₂ bis t₃, t₃ bis t₄ und t₄ bis t₅ jeweils 32 mal zu wiederholen und zu summieren, ergibt sich eine gesamte Belichtungszeit von 64 ms pro Photodiodenarray und eine Länge von 12,8 cm.
Durch einen geeigneten Algorithmus werden die einzelnen Integrationen miteinander verrechnet, sodass eine Rekonstruktion der Fluoreszenzschwingung möglich ist und die Fluoreszenzabklingzeit berechnet werden kann.
Wird ein größeres Signal benötigt, insbesondere um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, können noch längere Belichtungszeiten gewählt und/oder weitere Detektoren hinzugefügt werden.
9 zeigt ein Diagramm eines beispielhaften zeitlichen Verlaufs des Fluoreszenzsignal mit den Integrationszeiträumen von verschiedenen Detektoren für die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Frequenzbereich.
Eine schematische Darstellung, wie der Detektionsablauf und die Rekonstruktion des Fluoreszenzsignals im Frequenzbereich über die einzelnen Detektoren erfolgen, ist in 9 zu sehen. Der dem Zeitpunkt t₁ zugeordnete erste Detektor D1 integriert über eine halbe Periodendauer der modulierten Anregung und der dem Zeitpunkt t₂ zugeordnete Detektor D2 integriert auch über eine halbe Periodendauer, ist aber um π/2 phasenverschoben (d. h. zeitlich versetzt). Das Integrationsfenster des dritten Detektors D3 am Zeitpunkt t₃ ist um eine definierte Phase verschoben (z. B. π/8) und integriert die Photonen über eine Halbschwingung - allerdings phasenverschoben. Der vierte Detektor D4 am Zeitpunkt t₄ integriert die Fluoreszenzphotonen genau um π phasenversetzt zu dem dritten Detektor D3.
Die Messung erfolgt damit zu unterschiedlichen Startphasen der Phasenwinkel jeweils über einen Teil der Periodendauer (z. B. eine halbe Periodendauer), um zu unterschiedlichen Phasenstartwinkeln jeweils insgesamt eine ganze Periodendauer des Fluoreszenzsignals zu detektieren. Die Anzahl der Detektoren D1, D2, ..., Dn, die zur kompletten Rekonstruktion des Fluoreszenzsignals genutzt werden, ist abhängig von der Rekonstruktionsgenauigkeit.
Werden sechzehn Detektoren hintereinander geschaltet, kann das schwingende Fluoreszenzsignal mit sechzehn Stützstellen rekonstruiert werden. Die n = 16 Detektoren D1, D2, ..., D16 sind hierbei hintereinander geschaltet. Die minimale Anzahl an Detektoren ist n = 3, da mindestens drei Stützstellen zur Rekonstruktion benötigt werden.
Je höher hier die Modulationsfrequenz der Anregungsschwingung ist, desto niedriger ist die Integrationszeit der Detektoren D1, D2, ..., Dn einzustellen.
Für beide Messverfahren (Zeit- und Frequenzbereich) ist die Anzahl der Detektoren D1, D2, ..., Dn abhängig von der Fluoreszenzintensität, die das Objekt 06 in Folge der Bestrahlung mit der Beleuchtungseinheit 04 abgibt.
Ist die Fluoreszenzintensität niedrig und soll das exponentiell fallende Fluoreszenzsignal (Zeitbereich) oder die Fluoreszenzschwingung (Frequenzbereich) aus den Messungen von z. B. sechzehn Detektoren rekonstruiert werden, können weitere sechzehn Detektoren hinter den ersten sechzehn Detektoren angebracht werden, welche genau denselben Messablauf besitzen: Der Detektor D17 der zweiten Gruppe von sechzehn Detektoren integriert dann vom Zeitpunkt t₁ bis t₂ (Zeitbereich) oder von 0 bis π (Frequenzbereich) der Fluoreszenzabklingphase, der Detektor D18 von t₂ bis t₃ (Zeitbereich) oder von π bis 2π (Frequenzbereich), der Detektor D19 von t₃ bis t₄ (Zeitbereich) oder von π/8 bis 5π/8 (Frequenzbereich) und der Detektor D20 von t₄ bis t₅ (Zeitbereich) oder von 5π/8 bis 9π/8 (Frequenzbereich).
Dieses Hintereinanderschalten von Detektorengruppen kann beliebig oft wiederholt werden und auch zuvor durch Laboruntersuchungen definiert werden, da hier die optimale Belichtungszeit einzelner Objekte ermittelt werden kann. Zur Klassifikation der Güte werden dann die Integrationen der jeweiligen Detektoren summiert und wird das exponentiell abfallende Fluoreszenzsignal (Zeitbereich) oder die Fluoreszenzschwingung (Frequenzbereich) rekonstruiert. Unter Anwendung der Theorie lässt sich dann die Fluoreszenzabklingzeit (Zeitbereich) oder die phasenabhängige und modulationsabhängige Fluoreszenzabklingzeit (Frequenzbereich) berechnen.
Die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Frequenzbereich wird nachfolgend anhand eines Beispiels verdeutlicht.
Es soll das erklärte Messverfahren auf einer Produktionsstraße im Lebensmittelbereich zur Inspektion von geschnittener Salami (Objekt 06) angewandt werden. Nach dem Schneidvorgang laufen die vereinzelten Salamischeiben mit einer Bandgeschwindigkeit von 0,5 m/s (0,5 nm/ns). Da Salami eine Fluoreszenzabklingzeit im Bereich von 2 - 2,5 ns aufweist, ist eine Modulationsfrequenz von 25 MHz für die Anregungsschwingung vorgesehen. Mit der Modulationsfrequenz von 25 MHz entsteht eine Zeit von 40 ns, welche eine Schwingungsperiode der Anregungsschwingung und Fluoreszenzschwingung andauert (0 bis 2π). Die Dauer der Halbschwingung von 0 bis π entspricht dann 20 ns. Der gewählte Detektor D muss also nach diesen Angaben in der Lage sein, eine Integrationszeit von 20 ns zu bewerkstelligen.
Durch die definierte Bandgeschwindigkeit und Modulationsfrequenz des Anregungssignals und somit der Frequenz des vom Objekt abgegebenen Fluoreszenzsignals, lässt sich ein Versatz eines Messpunktes von 10 nm pro Integration der Halbperiode einstellen. Das bedeutet, dass das Gut sich während der Photonenintegration über 20 ns bei einer Bandgeschwindigkeit von 0,5 nm/ns in der ersten Halbperiode um 10 nm bewegt.
Als Detektor D wird eine Photodiode gewählt, welche eine Erfassungslänge von 1 mm in Relativbewegungsrichtung aufweist. Im Verhältnis zur Vermessung der gesamten Erfassungslänge von 1 mm ist der während einer Halbperiode auftretende Versatz von 10 nm gering und kann für eine Integration vernachlässigt werden. Darüber hinaus lässt sich mit einer hohen Modulationsfrequenz von z. B. 25 MHz im Zeitraum Δxt eine große Anzahl von Photonenintegrationen einer Halbschwingung durchführen. Der Zeitraum Δxt beschreibt die Zeit, in der ein Punkt auf einem Objekt (d. h. eines Objektsegmentes) die Erfassungslänge Δx des Detektors D überstreicht (siehe 8).
In diesem Beispiel bewegt sich das Objektsegment in 2 ms bei einer Bandgeschwindigkeit von 0,5 m/s um 1 mm. In dem Zeitraum von 2 ms können 50.000 einzelne Photonenintegrationen durchgeführt werden (50.000 x 40 ns = 2 ms). Diese werden summiert und stellen die erste Integration zum Zeitpunkt t₁ (von 0 bis π) dar. Zum Zeitpunkt t₂ wird dasselbe wiederholt, es wird allerdings nur die zweite Halbschwingung von π bis 2π betrachtet.
Zur Rekonstruktion der Fluoreszenzschwingung werden beispielsweise sechzehn Detektoren eingesetzt, um sechzehn Stützstellen zu erreichen. Der dritte Detektor D3 integriert dann die Photonen im Bereich von π/8 bis 5π/8, der vierte Detektor D4 im Bereich von 5π/8 bis 9π/8, der fünfte Detektor D5 im Bereich von π/4 bis 3π/4, der sechste Detektor D6 im Bereich von 3π/4 bis 5π/4 und die restlichen Detektoren Dn jeweils um π/8 verschoben. Bei den gewählten Parametern lässt sich eine maximale Belichtungszeit von 32 ms einstellen und die Länge der Messstrecke beträgt minimal 16 mm.
Da häufig 32 Millisekunden bei schwachen Fluoreszenzsignalen nicht ausreichen, um die Fluoreszenzschwingung zu rekonstruieren, kann die Anzahl der Detektoren auf bspw. 128 Stück erweitert werden. Die Anzahl 128 ist das Achtfache von sechzehn und somit lassen sich die einzelnen Photonenintegrationen achtmal wiederholen. Die hintereinander angeordneten Detektoren D1, D2, D3, D4, ..., Dn werden entsprechend dieser Anordnung durch laufende Nummern 1, 2, 3, 4, ...., n in der Reihenfolge der Anordnung in Transportrichtung beschrieben. Die Detektoren Di mit den laufenden Nummern i = 1, 17, 33, 49, 65, 81, 97 und 113 integrieren dann die Photonen über den Zeitraum 0 bis π, die Detektoren mit den laufenden Nummern 2, 18, 34, 50, 66, 82, 98 und 114 von π bis 2π , die Detektoren mit den laufenden Nummern 3, 19, 35, 51, 67, 83, 99 und 115 von π/8 bis 5π/8, die Detektoren mit den laufenden Nummern 4, 20, 36, 52, 68, 84, 100 und 116 von 5π/8 bis 9π/8, die Detektoren mit den laufenden Nummern 5, 21, 37, 53, 69, 85, 101 und 117 von π/4 bis 3π/4, die Detektoren mit den laufenden Nummern 6, 22, 38, 54, 70, 86, 102 und 118 von 3π/4 bis 5π/4. Die weiteren Detektoren integrieren analog jeweils um π/8 weiterverschoben. Die Messstrecke hat dann eine Länge von minimal 12,8 cm. Durch die Erweiterung auf 128 Detektoren kann insgesamt eine Gesamt-Belichtungszeit von 256 ms erzielt werden. Durch einen geeigneten Algorithmus werden die einzelnen Integrationen miteinander verrechnet, sodass eine Rekonstruktion der Fluoreszenzschwingung möglich ist und die Fluoreszenzabklingzeit berechnet werden kann.
Werden noch höhere Belichtungszeiten benötigt, lassen sich weitere Detektoren hinzufügen.
Zur Referenzierung der Photodiodenarrays kann nach Möglichkeit in definierten Zeitabständen ein Probennormal auf dem Förderband platziert werden oder kann das Förderband direkt verwendet werden, falls die Fluoreszenzabklingzeit des Förderbandes bekannt ist.
Die Fluoreszenz kann auch über eine gewisse Eindringtiefe erkannt werden. Dies kann bei dünnen Scheiben zu dem Problem führen, dass die Transportbänder zu einem Messeffekt führen, weil sie durch Einzelscheiben oder durch einen Teil der untersten Scheibe einer Portionsschindel „durchschimmern“. Daher sollten die Transportmedien im Falle eines sogenannten „Durchschimmerns“ aus einem Material hergestellt sein, das nicht die zu erkennenden Fremdkörperstoffe beinhaltet oder generell keine messbare Fluoreszenzerscheinung im zu bewertenden Bereich zeigt. Alternativ oder zusätzlich könnte der gleichbleibende und bekannte Fluoreszenzeffekt des Transportbandes aber auch durch Kalibrierung herausgerechnet werden.
Es kann eine Kalibrierung der Fluoreszenzmessung z. B. mit einem Probennormal vorgenommen werden. Damit kann noch zuverlässiger erreicht werden, dass das Fluoreszenzmesssystem auf die Messaufgabe automatisch und wiederkehrend abgeglichen werden kann. Hierzu sind bspw. folgende Lösungen denkbar:

a) Es befindet sich neben dem Objekt auf der Fördereinrichtung eine Anordnung, die eine oder mehrere Bezugsproben enthält, die geeignet sind, die Systemparameter zu prüfen bzw. passend zu justieren. Diese Bezugsproben, die durch eine Abdeckung gegen Verschmutzung geschützt sind, werden zum entsprechenden Zeitpunkt freigegeben und in den Aufnahmebereich gefahren.
b) Es gibt einen Sensorausleger, der nur den Bereich mit den Bezugsproben im Blickfeld hat bzw. das Sichtfeld der gesamten Messanordnung kann den Bereich der Bezugsproben einsehen, wie bspw. einen Randbereich eines Transportbandes, auf dem die Bezugsproben platziert werden.
c) In einfachen Fällen, wo ein „Durchschimmern“ ausgeschlossen werden kann, kann das Förderband - sofern es eine bekannte Fluoreszenzabklingzeit besitzt - zum Abgleich des Fluoreszenzmesssystems herangezogen werden und auch in den Fällen, in denen klar ist, dass kein Fremdstoff mit der Abklingzeit vom Objekt auftreten kann.

Das Verfahren zur Erkennung von Eigenschaften der inspizierten Objektsegmente, wie insb. zur Erkennung von Fremdkörpern und Fehlstellen in Lebensmitteln, kann sinnvoll ergänzt werden, z. B. durch ein Verfahren zur Vermessung der räumlichen Abmessungen (d. h. der 3D-Daten) der zu prüfenden Objekte 06. Damit kann eine Zuordnung der gemessenen Fluoreszenzintensitäten zu den gemessenen geometrischen Daten erfolgen.
Dadurch können Phasenverschiebungen aufgrund des Einflusses von reinen Laufzeitdifferenzen aufgrund der Entfernung zu einem Objektpunkt korrigiert werden. Dies ist von Interesse bei relativ kurzen Fluoreszenzabklingzeiten und bei stärkeren Höhenunterschieden der Objekte 06. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination mit Höhendaten bei entsprechender Kalibrierung der beteiligten Elemente auch das Zusammenfügen von Teilansichten von Kamerabildern zu einem geschlossenen Bild der Oberfläche des Objektes. Die Kamerabilder können bspw. von Detektor-Kameras aufgenommene Bilder der Fluoreszenzsignale sein. Die Kenntnis der Blickrichtung eines betreffenden Sensorfeldelementes zur Objektoberfläche ermöglicht eine genauere Bestimmung der Fehlergröße, die ein detektierter Fremdkörper unter dem Blickwinkel hat, da der Projektionswinkel, unter dem die Objektstelle und ein eventueller Fremdkörper gesehen werden, durch die Kombination mit einer 3D-Oberflächenmessung bekannt ist.
Ein weiterer Vorteil der Kopplung mit einer 3D-Oberflächenmessung ergibt sich bei wechselnden Objekthöhen (Einzelscheiben, flache Schindelportionen, hohe Schindelportionen, Scheibenstapel, Einzelstücke) durch eine automatische optimale Anpassung der Auswerteparameter als auch der Aufnahmeparameter an die jeweiligen Bedingungen, d. h. an den zu überprüfenden Oberflächenbereich.
Eine Anpassung könnte z. B. sein, die Messapparatur auf den optimalen Entfernungsbereich zu verfahren.
Hierbei können vorzugsweise ein oder mehrere Lichtschnittsensoren, z. B. mit Triangulationsverfahren, eingesetzt werden, da diese nur das an der Oberfläche des Objektes zurückgestreute Licht nutzen. Da nur das an der Objekt-Oberfläche unmittelbar zurückgestreute Licht genutzt wird, kann z. B. auch die Lichtfarbe verwendet werden, die für die Fluoreszenz-Anregung benutzt wird. Je nach Anwendungsfall kann die Lichtfarbe eines solchen Lichtschnittsensors aber auch spezifisch gewählt werden.
Je nach Anwendungsfall kann aber auch ein anderes 3D-Oberflächenerfassungsverfahren mit Licht eingesetzt werden, das nur das unmittelbar an der Objekt-Oberfläche gestreute und reflektierte Licht nutzt, und z. B. nach einem Triangulationsprinzip arbeitet und die unmittelbar an der Objekt-Oberfläche reflektierten Lichtkomponenten benutzt. Dabei ist es unerheblich, ob ein strukturiertes Licht oder die Oberflächenstruktur des Objektes selbst genutzt wird.
Grundsätzlich ist je nach Anforderung auch eine reine Distanzmessung zum Objekt mit einem anderen Verfahren, das unabhängig von der Fluoreszenzanregung funktioniert (wie Ultraschall oder punktweise, lokale Triangulation ohne 3D-Oberflächenerfassung) verwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2021/160309 A1 [0006]

Claims

Inspektionsvorrichtung zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung relativ zur Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes (06) mittels Fluoreszenzanregung und Messung der Fluoreszenzabklingzeit von Objektsegmenten, wobei die Inspektionsvorrichtung eine Beleuchtungseinheit (04) zur Beleuchtung des Objektes (06), eine Detektionseinheit (05) zur Messung des von einem Objektsegment emittierten Fluoreszenzsignals und eine Messeinheit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (05) mehrere in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnete Detektoren (D1, D2, ..., Dn) umfasst und die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit eines Objektsegmentes aus den mit den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) jeweils entsprechend der Anordnung in Relativbewegungsrichtung nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet ist.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Detektor (D1, D2, ..., Dn) ein jeweiliger Integrationszeitraum vorgegeben ist, wobei die Integrationszeiträume der hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander ausgehend von einer Fluoreszenzanregung nacheinander beginnen, und dass die Inspektionsvorrichtung zur wiederholten Fluoreszenzanregung und Messung einer summierten Fluoreszenzintensität durch Aufsummieren der nach einer jeweiligen Fluoreszenzanregung mit jeweils einem Detektor (D1, D2, ..., Dn) in dem jeweiligen Integrationszeitraum gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet ist, um jeweils für einen Detektor (D1, D2, ..., Dn) eine summierte Fluoreszenzintensität für den Integrationszeitraum des Detektors (D1, D2, ..., Dn) zu erhalten.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung zur Messung durch wiederholte Fluoreszenzanregung und Summierung der in einem Integrationszeitraum jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten in einem Messzeitintervall eingerichtet ist, in dem sich ein Objektsegment bei der Relativbewegung im Erfassungsbereich eines Detektors (D1, D2, ..., Dn) befindet.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Detektoren (D1, D2, ..., Dn) jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten Messwerte an Stützstellen des Fluoreszenzabklingverhaltens eines Objektsegmentes bilden und dass die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus dem mit den Messwerten an den Stützstellen gemessenen Fluoreszenzabklingverhalten eingerichtet ist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment im Zeitbereich aus den nach gepulsten Fluoreszenzanregungen von den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) für zeitlich nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet ist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment im Frequenzbereich aus den von den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) nach einer Fluoreszenzanregung mit einer Frequenz (ω) für zeitlich nacheinander liegende Integrationszeiträume jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten eingerichtet ist, wobei ein Detektor (D1, D2, ..., Dn) jeweils eine Fluoreszenzintensität für einen vorgegebenen Schwingungsphasenbereich der Schwingung der Fluoreszenzanregung erfasst und die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus den Fluoreszenzintensitäten für die verschiedenen, relativ zueinander verschobenen Schwingungsphasenbereiche ausgebildet ist.
Inspektionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von in Relativbewegungsrichtung direkt hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) vorhanden ist, wobei ein Detektor (D1, D2, ..., Dn) jeweils entsprechend seiner räumlichen Positionierung in der Folge der Anordnung der Detektoren (D1, D2, ..., Dn) hintereinander die Fluoreszenzintensität in einem vorgebebenen aufeinanderfolgenden Schwingungsphasenbereich erfasst.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung mehrere Gruppen mit jeweils einer Anzahl von direkt hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) aufweist und die Gruppen in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Messeinheit zur Aufsummierung der Fluoreszenzintensitäten, die von den Detektoren (D1, D2, ..., Dn) der Gruppen für dieselben Schwingungsphasenbereiche für ein Objektsegment erfasst wurden, eingerichtet ist, um summierte Fluoreszenzintensitäten für den jeweiligen Schwingungsphasenbereich zu erhalten, und wobei die Messeinheit zur Nutzung der Schwingungsphasenbereiche als Stützstellen zur Rekonstruktion der Fluoreszenzschwingung und zur Berechnung der Phasenverschiebung, Amplitudendämpfung und/oder Gleichwertverschiebung in Bezug auf die Anregungsschwingung unter Verwendung der Stützstellen eingerichtet ist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung in Richtung der Breite quer zur Relativbewegungsrichtung mehrere nebeneinander angeordnete Detektionszeilen mit jeweils einer Anzahl von in Relativbewegungsrichtung in einer Folge direkt hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) aufweist, wobei die Messeinheit zur Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeiten von in Richtung der Breite quer zur Relativbewegungsrichtung nebeneinander liegenden Objektsegmenten mit den Detektionszeilen eingerichtet ist.
Inspektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inspektionsvorrichtung in einem Messtunnel angeordnet ist, bevorzugt in einem Messtunnel zusammen mit einem Röntgenscanner.
Verfahren zur optischen Erfassung von Eigenschaften eines in einer Relativbewegungsrichtung relativ zu einer Inspektionsvorrichtung bewegten Objektes (06) mittels Fluoreszenzanregung durch Beleuchtung des Objektes (06), Messung des von einem Objektsegment emittierten Fluoreszenzsignals und Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit des Objektsegmentes aus dem gemessenen Fluoreszenzsignal, gekennzeichnet durch Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit eines Objektsegmentes aus den mit einer Anzahl von in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) jeweils entsprechend der Anordnung in Relativbewegungsrichtung nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch wiederholte Fluoreszenzpulsanregung und Messung einer summierten Fluoreszenzintensität durch Aufsummieren der nach einer jeweiligen Fluoreszenzanregung mit jeweils einem Detektor (D1, D2, ..., Dn) in einem jeweiligen Integrationszeitraum gemessenen Fluoreszenzintensitäten, um jeweils für einen Detektor (D1, D2, ..., Dn) eine summierte Fluoreszenzintensität für den Integrationszeitraum des Detektors (D1, D2, ..., Dn) zu erhalten, wobei die jeweiligen Integrationszeiträume für jeden Detektor (D1, D2, ..., Dn) so vorgegeben sind, dass die Integrationszeiträume der hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) entsprechend ihrer räumlichen Anordnung hintereinander ausgehend von einer Fluoreszenzpulsanregung zeitlich nacheinander beginnen.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch wiederholte Fluoreszenzpulsanregung und Summierung der in einem Integrationszeitraum jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten in einem Messzeitintervall, in dem sich ein Objektsegment bei seiner Relativbewegung in Relativbewegungsrichtung im Erfassungsbereich eines Detektors (D1, D2, ..., Dn) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus dem mit Messwerten an Stützstellen gemessenen Fluoreszenzabklingverhalten, wobei die von den Detektoren (D1, D2, ..., Dn) jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten die Messwerte an Stützstellen einer Fluoreszenzabklingphase eines Objektsegmentes bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment im Zeitbereich aus den nach einer gepulsten Fluoreszenzanregung von den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) für jeweils ein Objektsegment zeitlich nacheinander gemessenen Fluoreszenzintensitäten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit für ein Objektsegment im Frequenzbereich aus den von den hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) nach einer frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung für nacheinander liegende Integrationszeiträume jeweils gemessenen Fluoreszenzintensitäten, wobei ein Detektor (D1, D2, ..., Dn) jeweils eine Fluoreszenzintensität für einen vorgegebenen Schwingungsphasenbereich der Schwingung der frequenzmodulierten Fluoreszenzanregung erfasst und eine Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit aus den Fluoreszenzintensitäten für die verschiedenen, relativ zueinander verschobenen Schwingungsphasenbereiche erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Erfassen der Fluoreszenzintensität durch einen Detektor (D1, D2, ..., Dn) jeweils entsprechend seiner räumlichen Positionierung in der Folge der Anordnung der Detektoren (D1, D2, ..., Dn) hintereinander in einem vorgebebenen aufeinanderfolgenden Schwingungsphasenbereich, wobei eine Anzahl von in Relativbewegungsrichtung direkt hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch Aufsummierung der Fluoreszenzintensitäten, die von den Detektoren (D1, D2, ..., Dn) der Gruppen für dieselben Zeitbereiche der Fluoreszenzabklingphase oder dieselben Schwingungsphasenbereiche für ein Objektsegment erfasst wurden, um summierte Fluoreszenzintensitäten für Integrationszeitbereiche einer Fluoreszenzabklingphase zu erhalten, wobei mehrere Gruppen mit jeweils einer Anzahl von direkt hintereinander angeordneten Detektoren (D1, D2, ..., Dn) vorhanden und die Gruppen in Relativbewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind.