DE102023108014A1 - Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation - Google Patents
Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023108014A1 DE102023108014A1 DE102023108014.8A DE102023108014A DE102023108014A1 DE 102023108014 A1 DE102023108014 A1 DE 102023108014A1 DE 102023108014 A DE102023108014 A DE 102023108014A DE 102023108014 A1 DE102023108014 A1 DE 102023108014A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fluorescence
- detectors
- detector
- inspection device
- behind
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6408—Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
- G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
- G01N2021/646—Detecting fluorescent inhomogeneities at a position, e.g. for detecting defects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N2021/845—Objects on a conveyor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/8901—Optical details; Scanning details
- G01N21/8903—Optical details; Scanning details using a multiple detector array
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/8914—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined
- G01N21/8915—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the material examined non-woven textile material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/89—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
- G01N21/892—Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
- G01N21/898—Irregularities in textured or patterned surfaces, e.g. textiles, wood
- G01N21/8986—Wood
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/02—Food
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
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.
The present invention discloses an inspection device for optically detecting properties of an object (06) moved in a relative movement direction relative to the inspection device by means of fluorescence excitation and measurement of the fluorescence decay time of object segments, wherein the inspection device has an illumination unit (04) for illuminating the object (06), a detection unit (05) for measuring the fluorescence signal emitted by an object segment and a measuring unit.
The detection unit (05) comprises a plurality of detectors (D1, D2, ..., Dn) arranged one behind the other in the direction of relative movement, and the measuring unit is designed to determine the fluorescence decay time of an object segment from the fluorescence intensities measured one after the other by the detectors (D1, D2, ..., Dn) arranged one behind the other, each corresponding to the arrangement in the direction of relative movement.
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.The invention relates to an inspection device for optically detecting properties of an object moved in a relative movement direction relative to the inspection device by means of fluorescence excitation and measurement of the fluorescence decay time of object segments, wherein the inspection device has an illumination unit for illuminating the object, a detection unit for measuring the fluorescence signal emitted by an object segment and a measuring unit.
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.The invention further relates to a method for optically detecting properties of an object moving in a direction of movement relative to an inspection device by means of fluorescence excitation by illuminating the object, measuring the fluorescence signal emitted by an object segment and determining the fluorescence decay time of the object segment from the measured fluorescence signal.
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.The further development of production processes to fully automated production lines is very attractive for most companies that offer goods to the end consumer. Not only can larger quantities be produced efficiently and without additional effort by automating the production line, but the sales achieved and thus the profit are also increased. The great advantages of automated production lines are offset by the fact that they are prone to errors. This can affect the quality of the products manufactured or foreign bodies can even creep into the end product, which can damage the company's image or even lead to the closure of production facilities. The further development of inspection systems is therefore of great importance for companies that develop (automated) production lines.
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.When it comes to visual inspection of consumer products, the limited recognition ability of the human eye represents a limitation and fatigue in monotonous production processes also represents an uncertainty factor.
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.Currently, many studies are being conducted in the field of imaging vibration spectroscopy in order to carry out possible quality control in real time. However, the possibilities are very limited because the vibration spectra of the materials produced and to be inspected sometimes appear very similar to the vibration spectra of the contamination to be detected, which makes reliable detection of the contamination difficult.
Die Fluoreszenzabklingzeit lässt sich im Allgemeinen durch zwei Messarten bestimmen: mittels Fluoreszenzabklingzeitmessung im Zeit- und im Frequenzbereich.The fluorescence decay time can generally be determined by two types of measurements: by measuring the fluorescence decay time in the time domain and in the frequency domain.
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.The method of measuring fluorescence decay time in the time domain is an integrative method according to the state of the art. It is described, for example, 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), January/February 2006, 014011-1 to -7.
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.
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
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.The fluorescence decay time can be measured in the time domain using a photon counting algorithm. A clock is started at time t 0 and stopped as soon as the first photon hits the detector. The counter for the time when the photon hits the detector, e.g. between t 1 and t 2 , is increased by 1. The clock is then started again at time t 0 and the process is repeated until a previously defined The final value of counting steps (I 0 ) is reached. The counting histogram can be used to reconstruct the exponentially decreasing fluorescence emission and thus calculate the fluorescence decay time.
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.Another approach is to reconstruct the exponentially decaying fluorescence signal by integrating all photons over three defined time periods (S1, S2 and S3). For this, the fluorescence is also excited with a short laser pulse. The clock then starts at time t 1 and integrates all photons up to time t 2 . The integration is then carried out for two further time periods from t 2 to t 3 and t 3 to t 4 . The time periods can be of equal length. The three integrations can be used to reconstruct the exponentially decaying fluorescence signal and to calculate the fluorescence decay time using equation (1). In today's fluorescence decay time measuring devices, the photon counting method described above is often used for measurement technology, as the measurement becomes more accurate when several support points are recorded.
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. The method of measuring fluorescence decay time in the frequency domain is also an integrating method according to the state of the art. However, the fluorescence decay times can be measured much faster than using the previously described fluorescence decay time measurement in the time domain, since a shorter integration time is required.
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:
Zusätzlich kann aus der Amplitudendämpfung und der Gleichwertverschiebung der Modulationsindex M nach 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.The radiative process of fluorescence decays within a few nanoseconds, which means that the modulation frequencies ω are usually in the range of several tens of MHz.
Für die bildgebende Fluoreszenzabklingzeitmessung, auch Frequency Domain Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy genannt, sind Kameras verfügbar, die diese Fluoreszenzschwingung statisch messen können.For imaging fluorescence decay time measurement, also called Frequency Domain Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, cameras are available that can measure this fluorescence oscillation statically.
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.H. Chen, G. Holst, E. Gratton: Using of a modulated CMOS camera for fluorescence lifetime microscopy, in: Microsc. Res. Tech. 2015 December; 78(12): 1075-1081 describe a CMOS camera that provides a series of modulated images at its output. The non-uniform system response across the image sensor is calibrated at the pixel level. This pixel calibration is required for e.g. the modulation frequency and the exposure time. There is a significant dependence of the modulation signal on the intensity, so an additional calibration is carried out for each pixel depending on the pixel intensity.
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.The camera consists of 1008x1008 pixels, with two taps (Tap A and Tap B) in each pixel. Tap A integrates the incoming fluorescence photons from 0 to π and Tap B from π to 2π. However, the sinusoidal fluorescence oscillation cannot be reconstructed using two integrations. For this reason, the integration windows must be shifted by a defined period of time (phase angle). Depending on the accuracy, four integrations at two different phase angles, eight integrations at four different phase angles, or sixteen integrations at eight different phase angles can be used to reconstruct the sinusoidal fluorescence signal. For example, an integration measurement can be carried out with sixteen photon integrations at eight different phase angles. Tap A is active in the period from 0 to π and Tap B from π to 2π. The start time is then shifted to π/8, resulting in two new periods in which Tap A and Tap B are active: Tap A from π/8 to 5π/8 and Tap B from 5π/8 to 9π/8. Shifting the phase angle a further six times by π/8 each leads to sixteen integration points from which the fluorescence oscillation is reconstructed. The sixteen integrations always take place one after the other in this measurement. The user has to set an exposure time. By defining the exposure time determines how often these integration cycles are run through. This allows the phase shift and the modulation index to be measured and the phase-dependent and modulation-dependent fluorescence decay time to be determined for each pixel.
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.It is important for the measurements that the sample to be measured by the camera remains stationary and is not moved relative to the camera during the exposure period, which makes it impossible to use the camera for near-real-time processes.
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.The object of the present invention is therefore to provide an inspection device and a method for optically detecting properties of an object moving in a relative movement direction relative to the inspection device by means of fluorescence excitation in order to carry out an automated, real-time, sensitive and selective identification of quality features of a moving object.
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.The object is achieved with the inspection device having the features of claim 1 and by the method having the features of claim 11. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
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.In the generic inspection device for optically detecting properties of an object moved in the relative movement direction relative to the inspection device by means of fluorescence excitation and measurement of the fluorescence decay time of object segments, it is proposed that the detection unit comprises several detectors arranged one behind the other in the relative movement direction and that the measuring unit is set up to determine the fluorescence decay time of an object segment from the fluorescence intensities measured one after the other with the detectors arranged one behind the other in accordance with the arrangement in the relative movement direction.
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
- - lighting of the object,
- - Measurement of the fluorescence signal emitted by an object segment of the object and
- - Determination of the fluorescence decay time of the object segment from the measured fluorescence signal
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.The relative movement can be achieved by transporting the object on a conveyor, with the detectors arranged in a fixed position relative to the conveyor. The object is then moved past the detectors relative to the inspection device. However, the relative movement can also be achieved with a stationary object by moving the inspection device or its detectors past the object. A relative movement is also conceivable, in which both the object and the inspection device with its detectors are moved relative to one another during the optical recording of the properties using fluorescence excitation.
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.A respective integration period can be specified for each detector. The integration periods of the detectors arranged one behind the other can begin one after the other starting from a fluorescence excitation according to their spatial arrangement in order to realize different integration intervals. The inspection device can be set up for repeated fluorescence excitation and measurement of a summed fluorescence intensity by summing the fluorescence intensities measured after a respective fluorescence excitation with one detector in each case in the respective integration period in order to obtain a summed fluorescence intensity for each detector for the integration period of the detector.
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.By repeatedly exciting the fluorescence and measuring a summed fluorescence intensity by summing the fluorescence intensities measured after each fluorescence excitation with one detector in each integration period in order to obtain a summed fluorescence intensity for each detector for the integration period of the detector, even individually weak fluorescence intensities can be reliably detected.
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.The respective integration periods can be specified for each detector in such a way that the integration periods of the detectors arranged one behind the other start one after the other in accordance with their spatial arrangement, starting from a fluorescence excitation. This means that each detector records a section of the fluorescence decay curve that is determined specifically for each detector in order to obtain an integrated (summed) measurement value for the fluorescence intensity at this specified measurement time or measurement period. The detectors arranged one behind the other, each of which is assigned measurement times or integration periods that follow one another in time in accordance with the spatial arrangement, allow several integrated measurement values for the fluorescence intensity to be determined at different support points of the fluorescence decay curve in order to determine the fluorescence decay curve or the fluorescence decay behavior with the fluorescence decay time. A relative movement of the object in the relative movement direction, ie in the direction of the detectors arranged one behind the other, can be compensated in this way and is harmless.
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.A measurement can be carried out by repeated fluorescence excitation and summation of the fluorescence intensities measured in an integration period in a measurement time interval in which an object segment is located in the detection range of a detector during its relative movement.
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.The fluorescence intensities measured by the detectors can form measured values at support points of the fluorescence decay behavior of an object segment. The measuring unit can be set up to determine the fluorescence decay time from the fluorescence decay behavior measured with the measured values at the support points.
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 one variant, the fluorescence decay time for an object segment can be determined, for example, in the time domain from the fluorescence intensities measured one after the other after pulsed fluorescence excitations from the detectors arranged one behind the other. For this purpose, a detector can record a fluorescence intensity at a specific point in time or over a specific time interval. The fluorescence decay time can then be determined from the fluorescence intensities for the different time ranges that are shifted relative to one another.
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.In another variant, the fluorescence decay time for an object segment can be determined, for example in the frequency domain, from the fluorescence intensities measured by the detectors arranged one behind the other after a frequency-modulated fluorescence excitation for successive integration periods. For this purpose, a detector can record a fluorescence intensity for a given oscillation phase range of the oscillation of the frequency-modulated fluorescence excitation. The fluorescence decay time can then be determined from the fluorescence intensities for the various oscillation phase ranges that are shifted relative to one another.
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.In this case, a number of detectors arranged directly one behind the other in the direction of relative movement can be present, whereby each detector detects the fluorescence intensity in a predetermined temporally successive oscillation phase range according to its spatial positioning in the sequence of the arrangement of the detectors one behind the other.
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.The inspection device can have several groups, each with a number of detectors arranged directly one behind the other. The groups can be arranged one behind the other in the direction of relative movement. The measuring unit is then set up to add up the fluorescence intensities recorded by the detectors of the groups for the same oscillation phase ranges for an object segment in order to obtain summed fluorescence intensities for time ranges of a fluorescence decay phase that correspond to the respective oscillation phase range.
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.The inspection device can have several detection lines arranged next to one another in the width direction transverse to the direction of relative movement, which in the case of an object being moved on a conveyor belt in a transport direction corresponds to the longitudinal extent of the conveyor belt or the transport direction, each with a number of detectors arranged directly one behind the other in a sequence in the relative movement direction. The measuring unit is then set up to determine the fluorescence decay times of object segments lying next to one another in the width direction transverse to the direction of relative movement with the detection lines.
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.The inspection device and the method can be used advantageously to inspect (cut) slices of food products which, after being cut, are separated on a conveyor belt and fed to a packaging machine. These objects move at a high speed on the conveyor belt. The defined movement is then used to measure the fluorescence intensity for an object segment at the time when the object segment is in the detection range of the detector, or at a time or integration period of the fluorescence decay phase assigned to the detector, using the detectors arranged one behind the other in the transport direction, i.e. the relative movement direction, and to combine these with the fluorescence intensities for these support points, which were measured one after the other with the detectors, in order to calculate the fluorescence fluorescence decay curve or the associated fluorescence decay time.
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.However, the inspection device and the method can also be used for other applications, such as for inspecting the quality of wood materials conveyed in the production process, fluid media, in the manufacture of strip-shaped semi-finished products, yarns and the like.
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.In addition, the inspection device can also be designed in such a way that it moves itself over a static object, for example to inspect pipes (both inside the pipe and on the outside of the pipe) for contamination. The relative direction of movement is determined by the inspection direction in which the inspection device is moved along the object. Depending on the intended use, the detectors can be arranged one behind the other in the direction of extension of the static object to be examined.
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.The inspection device can be installed in a measuring tunnel to reduce disruptive influences from extraneous light and improve the signal-to-noise ratio. It can, for example, be combined with an X-ray scanner that has a shielded measuring tunnel.
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.When carrying out the method, a repeated fluorescence pulse excitation and measurement of a summed fluorescence intensity can be carried out by summing the fluorescence intensities measured after a respective fluorescence excitation with a respective detector in a respective integration period in order to obtain a summed fluorescence intensity for the integration period of the detector for each detector. The respective integration periods for each detector are specified in such a way that the integration periods of the detectors arranged one behind the other start one after the other in time, starting from a fluorescence pulse excitation, in accordance with their spatial arrangement.
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.A repeated fluorescence pulse excitation and summation of the fluorescence intensities measured in an integration period can be carried out in a measurement time interval in which an object segment is in the detection range of a detector during its relative movement in the direction of relative movement. This means that even weak fluorescence signals can be processed by integration into measurement signals that have a sufficient signal-to-noise ratio.
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.When carrying out the method, the fluorescence decay time can be determined from the fluorescence decay behavior measured with measured values at support points, whereby the fluorescence intensities measured by the detectors form the measured values at support points of a fluorescence decay phase of an object segment.
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.The determination of the fluorescence decay time for an object segment can be carried out in the time domain from the fluorescence intensities measured one after the other for each object segment by the detectors arranged one behind the other after a pulsed fluorescence excitation.
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.However, it is also advantageous to determine the fluorescence decay time for an object segment in the frequency range from the fluorescence intensities measured by the detectors arranged one behind the other after a frequency-modulated fluorescence excitation for successive integration periods. For this purpose, a detector records a fluorescence intensity for a predetermined oscillation phase range of the oscillation of the frequency-modulated fluorescence excitation and the fluorescence decay time is determined from the fluorescence intensities for the various oscillation phase ranges shifted relative to one another.
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.The relative movement can be used to detect the fluorescence intensity by a detector according to its spatial positioning in the sequence of the arrangement of the detectors one behind the other in a predetermined consecutive oscillation phase range. In this case, a number of detectors are arranged directly one behind the other in the direction of relative movement.
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.When carrying out the method, the fluorescence intensities recorded by the detectors of the groups for the same time ranges of the fluorescence decay phase or the same oscillation phase ranges for an object segment can be summed up in order to obtain summed fluorescence intensities for integration time ranges of a fluorescence decay phase. In this case, several groups, each with a number of detectors arranged directly behind one another, can be present, with the groups being arranged one behind the other in the direction of relative movement.
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 aus4 ; -
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 - Schematic representation of the measurement of fluorescence decay times in the time domain; -
2 - Schematic representation of the measurement of fluorescence decay times in the frequency domain; -
3 - Schematic representation of an FD-FLIM measurement with photon integration windows at two different times of the fluorescence oscillation; -
4 - Schematic side view of an inspection device with a conveyor belt, a lighting unit and a detection unit having several detectors arranged one behind the other in the transport direction; -
5 - Schematic front view of the inspection device from4 ; -
6 - Sketch of a detection unit with a detector, a lens and an optical filter to block reflections, scattered light or similar; -
7 - Diagram of an exemplary temporal course of the fluorescence signal with the integration periods of different detectors for the determination of the fluorescence decay time in the time domain; -
8 - Sketch of the size of a detector with the time interval in which an object point passes over the detection area of the detector; -
9 - Diagram of an exemplary temporal course of the fluorescence signal with the integration periods of different detectors for the determination of the fluorescence decay time in the frequency domain.
Zum Zeitpunkt der Zeitkonstanten τ beträgt die Fluoreszenzintensität
Bei diesem Grundprinzip wird davon ausgegangen, dass sich das Objekt während der Abklingphase der Fluoreszenz nicht relativ zum Detektor bewegt.This basic principle assumes that the object does not move relative to the detector during the decay phase of the fluorescence.
Die auf einen Detektor auftreffenden Photonen der emittierten Fluoreszenz des Objektes können nun im Zeitbereich mit einem Photonenzählverfahren gemessen werden.The photons of the emitted fluorescence of the object that hit a detector can now be measured in the time domain using a photon counting method.
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.This is outlined in diagram b). For this, a clock is started at the excitation time t 0 and the time at which the first photon hits the detector is determined. The counter for the time at which a photon hits the detector, e.g. in the time interval t 1 to t 2, is then incremented and the measurement is repeated by re-excitation and restarting the clock at the excitation time t 0. This process is repeated until a predetermined final value of counts is reached.
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.As shown in diagram c), the detected fluorescence intensities can also be integrated over integration periods (e.g. S1 in the period t1 to t2, S2 in the period t2 to t3, S3 in the period t3 to t4). These three integrations, for example, measure the values for the different support points of the fluorescence decay curve, from which the exponentially decreasing fluorescence signal can be reconstructed and the fluorescence decay time can be calculated using equation (1).
Zusätzlich kann aus der Amplitudendämpfung und der Gleichwertverschiebung der Modulationsindex M nach der eingangs genannten Gleichung (3) berechnet werden.In addition, the modulation index M can be calculated from the amplitude attenuation and the equivalence shift according to the equation (3) mentioned above.
Der berechnete Modulationsindex M kann anschließend zur Berechnung der modulationsabhängigen Fluoreszenzabklingzeit nach Gleichung (4) verwendet werden.The calculated modulation index M can then be used to calculate the modulation-dependent fluorescence decay time according to equation (4).
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.The radiative process of fluorescence decays within a few nanoseconds, which means that the modulation frequencies ω are usually in the range of several tens of MHz.
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.There are two taps in each pixel (Tap A and Tap B). Tap A integrates the incident fluorescence photons in the phase angle from 0 to π and Tap B in the phase angle from π to 2π of the full wave of the
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.For example, an integration measurement can be carried out with sixteen integrations at eight different phase angles. Tap A is active in the period from 0 to π and Tap B from π to 2π. The start time is then shifted to π/8 and two new periods are created in which Tap A and Tap B are active: Tap A from π/8 to 5π/8 and Tap B from 5π/8 to 9π/8. Shifting the phase angle a further six times by π/8 leads to sixteen integration points from which the fluorescence oscillation is reconstructed. The sixteen integrations always take place one after the other in this measurement. The user has to set an exposure time. Defining the exposure time determines how often these integration cycles are run through. This allows the phase shift and the modulation index to be measured and the phase-dependent and modulation-dependent fluorescence decay time to be determined for each pixel.
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.The measurement methods explained above in the basic principle assume that the object is at rest and does not move relative to the camera during the exposure period.
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.Based on these basic principles, improved inspection methods are described below in which the object can move in a relative direction of movement relative to the inspection device. For this purpose, the object can be moved on a conveyor in a transport direction relative to detectors arranged in a fixed position relative to the conveyor.
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.The lighting unit 04 is arranged schematically above the conveyor belt 03 and is variably adapted to the number of detectors D1, D2, ..., Dn of the detection unit 05 in order to ensure the illumination of the section of the measuring setup to be inspected. The length of the entire measuring setup depends on the selected transport speed v, the selected detector size U and the number of detectors n*05. The more precise the resolution of the measuring method has to be, the more detectors D1, D2, ..., Dn are connected in succession. The detectors D1, D2, ..., Dn are used either for detection in the time domain or in the frequency domain.
Die Beleuchtungseinheit 04 kann bspw. ein Lichtpaneel, ein Diodenlaser, ein LED-Array oder ähnliches aufweisen.The lighting unit 04 can, for example, comprise a light panel, a diode laser, an LED array or the like.
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, ..., tn erforderlich ist, gewählt werden.The detectors D1, D2, ..., Dn are arranged one behind the other in the transport direction TR. The distance x between the detectors D1, D2, ..., Dn can be selected depending on the resolution of the detection unit 05. The number of detectors D1, D2, ..., Dn can be selected depending on the exposure time required for the measurements at the times t 1 , t 2 , ..., t n .
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.The detectors D1, D2, ...., Dn can be, for example, photodiodes, photodiode arrays or photosensitive pixels of a camera sensor. The detectors D1, D2, ..., Dn arranged one behind the other in the transport direction TR form a group of detectors.
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.It can be seen that the objects 06 to be inspected for quality assurance are located on the conveyor device 03 (e.g. conveyor belt 03). A lighting unit 04, which can consist of light panels, diode lasers, LEDs, LED arrays or similar, irradiates the objects 06 located on the conveyor belt 03 with pulsed light during inspection in the time domain or with modulated light during inspection in the frequency domain. The pulse duration, the frequency of the pulses and/or the measurement time (integration interval) can be specified by the user for the measurement in the time domain depending on the application.
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.The modulation of the light for the measurement in the frequency range can, for example, be rectangular or sinusoidal with a modulation frequency determined by the user and the application. Depending on the application, the lighting unit 04 can provide one or more wavelengths from the electromagnetic spectrum (UV, VIS, NIR, MIR,...) to excite the fluorescence.
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.The lighting unit 04 is arranged and designed such that it illuminates the entire conveyor belt 03 at a defined angle of incidence. The position of the lighting unit 04 is only shown schematically and can also be selected differently relative to the conveyor belt 03. When measuring the fluorescence signal in the time domain, the object segments of an object 06 to be examined emit an exponentially decaying fluorescence signal of a few nanoseconds. In the frequency domain, the objects 06 emit a fluorescence signal that has the same frequency as the excitation signal that emanates from the lighting unit 04. The fluorescence signal is detected by the detection units 05 both in the case of the measurement in the time domain and in the case of the measurement in the frequency domain.
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.In general, a detection unit 05 for fluorescence measurements is made up of several units, although not all of them have to be present. For fluorescence measurement, the signal detected by the detector 07 should be free of any reflection and scattered light. A detector 07 can be a photodiode, a photodiode array or a photosensitive area of a camera sensor. This photosensitive element is generally referred to as a detector 07. The exposure time, the recording delay and the start of the recording can be set on the detection unit 05 or triggered by external signals. Optical filters 09 are normally used for this. However, these can also be neglected if the lighting unit 04 and the detection unit 05 are positioned at an angle to one another at which no reflection or scattering hits the detector 07. In addition, a lens or lenses 08 are normally used for detectors 07 in order to allow the light to be detected to fall onto the detector 07 in a collimated manner.
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
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.Of course, four or more integration periods per fluorescence signal can be selected for greater accuracy. For example, if sixteen detectors are used to reconstruct the fluorescence oscillation, sixteen integration periods result and the accuracy of the method increases. At least three detectors must be used, as only then is the reconstruction of the exponentially decaying fluorescence signal possible with the three support points.
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.In order to determine the fluorescence decay time for an object segment, the decay curve resulting from a single excitation is determined at at least three support points or in at least three integration periods. If the object segment to be examined is only in the detection range of a single detector during an excitation, the inspection is carried out in such a way that the movement of the object at a relative speed along the detectors arranged one behind the other is used to assign a support point of the fluorescence decay curve, which in principle remains the same for each excitation, to each detector. and to use the detectors to detect the fluorescence intensities at the respective support points for all object segments that are in the detection range of a detector D1, D2, ..., Dn at that time when several object segments are excited. After the advance, at a later detection time the object segment that was previously inspected by an upstream detector, e.g. detector D1, with regard to a support point, e.g. the first support point, is in the detection range of a downstream detector, e.g. detector D2. The object segment is then inspected by this detector (e.g. D2) with regard to the next support point, e.g. the second support point. The fluorescence intensities for the support points recorded in this way for an object segment with the detectors D1, D2, ..., Dn one after the other can then be assigned to a common object segment depending on the known transport speed or relative speed in order to determine the fluorescence decay curve or the fluorescence decay time for the selected object segment from these measured values.
Die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Zeitbereich wird nachfolgend anhand eines Beispiels verdeutlicht.The determination of the fluorescence decay time in the time domain is illustrated below using an example.
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.The fluorescence decay time measurement in the time domain can be used, for example, on a production line in the food industry to inspect sliced salami. After the cutting process, the individual salami slices (objects 06) run at a belt speed of 0.5 m/s (0.5 nm/ns). Salami has a fluorescence decay time of 2 - 2.5 ns. This results in a time of around 12 ns until the fluorescence intensity value has dropped to <0.01. If four detectors D1, D2, D3, D4 are used for integration, the selected detector D1, D2, D3, D4 must be able to achieve an integration time of 12 ns/4 = 3 ns.
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).A photodiode is selected as detector D1, D2, D3, D4, each of which has a length of 1 mm in the direction of the tape travel. When measuring a distance of 1 mm, an offset of 6 nm during the decay of the salami's fluorescence can be neglected. In this example, the movement of object 06 over the distance of 1 mm at a tape speed of 0.5 m/s takes about 2 ms (period Δxt).
Dies ist aus der
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.Within an integration period, additional fluorescence intensities can be induced and measured by repeated fluorescence excitation, ie by pulsing the illumination unit 04. Thus, in a first integration period t 1 to t 2 of 2 ms with a fluorescence decay time of 12 ns, a number of 166,667 additional photon integrations can be carried out by repeated pulsing (2 ms / 12 ns = 166,667). These individual photon integrations are summed and represent the first integration in the period t 1 to t 2 . The integrations are repeated for the second detector D2, the third detector D3 and the fourth detector D4, but after the pulse the period t 1 to t 2 , t 2 to t 3 and t 3 to t 4 is waited for and the photons are only integrated in the period t 2 to t 3 , t 3 to t 4 and t 4 to t 5. The selected parameters result in a total exposure time of 2 ms per photodiode and the length of the measuring section of 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.If 128 photodiode arrays are connected in series to repeat and sum the measurements for the four integration windows (ie four support points) from t 1 to t 2 , t 2 to t 3 , t 3 to t 4 and t 4 to t 5 32 times each, this results in a total exposure time of 64 ms per photodiode array and a length of 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.Using a suitable algorithm, the individual integrations are calculated with each other so that a reconstruction of the fluorescence oscillation is possible and the fluorescence decay time can be calculated.
Wird ein größeres Signal benötigt, insbesondere um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, können noch längere Belichtungszeiten gewählt und/oder weitere Detektoren hinzugefügt werden.If a larger signal is required, especially to improve the signal-to-noise ratio, even longer exposure times can be selected and/or additional detectors can be added.
Eine schematische Darstellung, wie der Detektionsablauf und die Rekonstruktion des Fluoreszenzsignals im Frequenzbereich über die einzelnen Detektoren erfolgen, ist in
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.The measurement is therefore carried out at different starting phases of the phase angles over a portion of the period (e.g. half a period) in order to detect a whole period of the fluorescence signal at different phase starting angles. The number of detectors D1, D2, ..., Dn used to completely reconstruct the fluorescence signal depends on the reconstruction accuracy.
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. If sixteen detectors are connected in series, the oscillating fluorescence signal can be reconstructed with sixteen support points. The n = 16 detectors D1, D2, ..., D16 are connected in series. The minimum number of detectors is n = 3, since at least three support points are required for reconstruction.
Je höher hier die Modulationsfrequenz der Anregungsschwingung ist, desto niedriger ist die Integrationszeit der Detektoren D1, D2, ..., Dn einzustellen.The higher the modulation frequency of the excitation oscillation, the lower the integration time of the detectors D1, D2, ..., Dn must be set.
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.For both measuring methods (time and frequency domain), the number of detectors D1, D2, ..., Dn depends on the fluorescence intensity emitted by the object 06 as a result of irradiation with the illumination unit 04.
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).If the fluorescence intensity is low and the exponentially falling fluorescence signal (time domain) or the fluorescence oscillation (frequency domain) is to be determined from the measurements of e.g. For example, if sixteen detectors are to be reconstructed, a further sixteen detectors can be installed behind the first sixteen detectors, which have exactly the same measurement sequence: The detector D17 of the second group of sixteen detectors then integrates from time t 1 to t 2 (time domain) or from 0 to π (frequency domain) of the fluorescence decay phase, the detector D18 from t 2 to t 3 (time domain) or from π to 2π (frequency domain), the detector D19 from t 3 to t 4 (time domain) or from π/8 to 5π/8 (frequency domain) and the detector D20 from t 4 to t 5 (time domain) or from 5π/8 to 9π/8 (frequency domain).
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.This series connection of detector groups can be repeated as often as desired and can also be defined in advance by laboratory tests, as the optimal exposure time for individual objects can be determined here. To classify the quality, the integrations of the respective detectors are then summed and the exponentially decreasing fluorescence signal (time domain) or the fluorescence oscillation (frequency domain) is reconstructed. Using the theory, the fluorescence decay time (time domain) or the phase-dependent and modulation-dependent fluorescence decay time (frequency domain) can then be calculated.
Die Ermittlung der Fluoreszenzabklingzeit im Frequenzbereich wird nachfolgend anhand eines Beispiels verdeutlicht.The determination of the fluorescence decay time in the frequency domain is illustrated below using an example.
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.The measuring method explained is to be used on a production line in the food sector to inspect sliced salami (object 06). After the cutting process, the individual salami slices run at a belt speed of 0.5 m/s (0.5 nm/ns). Since salami has a fluorescence decay time in the range of 2 - 2.5 ns, a modulation frequency of 25 MHz is provided for the excitation oscillation. With the modulation frequency of 25 MHz, a time of 40 ns is created, which lasts for one oscillation period of the excitation oscillation and fluorescence oscillation (0 to 2π). The duration of the half-oscillation from 0 to π then corresponds to 20 ns. According to these specifications, the selected detector D must therefore be able to manage an integration time of 20 ns.
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.By defining the band speed and modulation frequency of the excitation signal and thus the frequency of the fluorescence signal emitted by the object, a measurement point offset of 10 nm per integration of the half period can be set. This means that the object moves by 10 nm during the photon integration over 20 ns at a band speed of 0.5 nm/ns in the first half period.
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
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.In this example, the object segment moves 1 mm in 2 ms at a belt speed of 0.5 m/s. In the period of 2 ms, 50,000 individual photon integrations can be carried out (50,000 x 40 ns = 2 ms). These are summed and represent the first integration at time t 1 (from 0 to π). At time t 2 , the same is repeated, but only the second half-oscillation from π to 2π is considered.
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.For example, to reconstruct the fluorescence oscillation, sixteen detectors are used to reach sixteen support points. The third detector D3 then integrates the photons in the range from π/8 to 5π/8, the fourth detector D4 in the range from 5π/8 to 9π/8, the fifth detector D5 in the range from π/4 to 3π/4, the sixth detector D6 in the range from 3π/4 to 5π/4 and the remaining detectors Dn are each shifted by π/8. With the selected parameters, a maximum exposure time of 32 ms can be set and the length of the measuring section is a minimum of 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.Since 32 milliseconds are often not enough to reconstruct the fluorescence oscillation in the case of weak fluorescence signals, the number of detectors can be increased to 128, for example. The number 128 is eight times sixteen and thus the individual photon integrations can be repeated eight times. The detectors D1, D2, D3, D4, ..., Dn arranged one after the other are described in accordance with this arrangement by consecutive numbers 1, 2, 3, 4, ...., n in the order of the arrangement in the transport direction. The detectors Di with the serial numbers i = 1, 17, 33, 49, 65, 81, 97 and 113 then integrate the photons over the
Werden noch höhere Belichtungszeiten benötigt, lassen sich weitere Detektoren hinzufügen.If even longer exposure times are required, additional detectors can be added.
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.To reference the photodiode arrays, a sample standard can be placed on the conveyor belt at defined time intervals if possible, or the conveyor belt can be used directly if the fluorescence decay time of the conveyor belt is known.
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.Fluorescence can also be detected over a certain penetration depth. With thin panes, this can lead to the problem that the conveyor belts cause a measurement effect because they "shine through" individual panes or through part of the bottom pane of a portion shingle. Therefore, in the case of so-called "shine through", the transport media should be made of a material that does not contain the foreign bodies to be detected or generally does not show any measurable fluorescence in the area to be assessed. Alternatively or additionally, the constant and known fluorescence effect of the conveyor belt could also be calculated out by calibration.
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.
- a) Next to the object on the conveyor there is an arrangement containing one or more reference samples that are suitable for checking the system parameters or for adjusting them accordingly. These reference samples, which are protected against contamination by a cover, are released at the appropriate time and moved to the receiving area.
- b) There is a sensor boom that only has the area with the reference samples in its field of view or the field of view of the entire measuring arrangement can see the area of the reference samples, such as an edge area of a conveyor belt on which the reference samples are placed.
- c) In simple cases where “show-through” can be excluded, the conveyor belt - provided it has a known fluorescence decay time - can be used to calibrate the fluorescence measuring system and also in cases where it is clear that no foreign substance can appear with the decay time of the object.
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.The procedure for detecting properties of the inspected object segments, such as in particular for detecting foreign bodies and defects in food, can be usefully supplemented, e.g. by a method for measuring the spatial dimensions (ie the 3D data) of the objects to be tested 06. This allows the measured fluorescence intensities to be assigned to the measured geometric data.
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.This allows phase shifts due to the influence of pure time of flight differences due to the distance to an object point to be corrected. This is of interest in the case of relatively short fluorescence decay times and in the case of large differences in the height of the objects 06. In addition, the combination with height data, with appropriate calibration of the elements involved, also enables partial views of camera images to be combined to form a complete image of the surface of the object. The camera images can, for example, be images of the fluorescence signals taken by detector cameras. Knowing the viewing direction of a relevant sensor field element to the object surface enables a more precise determination of the error size that a detected foreign body has under the viewing angle, since the projection angle under which the object location and any foreign body are seen is known through the combination with a 3D surface measurement.
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.A further advantage of coupling with a 3D surface measurement arises with changing object heights (individual panes, flat shingle portions, high shingle portions, stacks of panes, individual pieces) through an automatic optimal adaptation of the evaluation parameters as well as the recording parameters to the respective conditions, i.e. to the surface area to be checked.
Eine Anpassung könnte z. B. sein, die Messapparatur auf den optimalen Entfernungsbereich zu verfahren.One adjustment could be, for example, to move the measuring equipment to the optimal distance range.
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.One or more light section sensors, e.g. with triangulation methods, can preferably be used here, since these only use the light that is scattered back from the surface of the object. Since only the light that is directly scattered back from the object surface is used, the light color that is used for fluorescence excitation can also be used, for example. Depending on the application, the light color of such a light section sensor can also be specifically selected.
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.Depending on the application, another 3D surface detection method with light can also be used, which only uses the light scattered and reflected directly on the object surface and, for example, works according to a triangulation principle and uses the light components reflected directly on the object surface. It is irrelevant whether structured light or the surface structure of the object itself is used.
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.In principle, depending on the requirements, a pure distance measurement to the object can also be used using another method that works independently of the fluorescence excitation (such as ultrasound or point-by-point, local triangulation without 3D surface detection).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2021/160309 A1 [0006]WO 2021/160309 A1 [0006]
Claims (18)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023108014.8A DE102023108014A1 (en) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation |
| PCT/EP2024/058583 WO2024200706A1 (en) | 2023-03-29 | 2024-03-28 | Inspection device and method for optically detecting properties of an object being transported on a conveyor device in a transport direction by means of a fluorescence excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023108014.8A DE102023108014A1 (en) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023108014A1 true DE102023108014A1 (en) | 2024-10-02 |
Family
ID=90625526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023108014.8A Pending DE102023108014A1 (en) | 2023-03-29 | 2023-03-29 | Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023108014A1 (en) |
| WO (1) | WO2024200706A1 (en) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141609A (en) * | 1990-11-16 | 1992-08-25 | The Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and device employing time-delayed integration for detecting sample components after separation |
| US5674698A (en) * | 1992-09-14 | 1997-10-07 | Sri International | Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques |
| US5736410A (en) * | 1992-09-14 | 1998-04-07 | Sri International | Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques |
| US5984474A (en) * | 1997-05-30 | 1999-11-16 | Carl Zeiss Jena Gmbh And Institut Fuer Physikalische Hochternologie | Arrangement and method for time-resolved measurement according to the scanner principle |
| WO2008094794A1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-07 | Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. | Time resolved fluorescent imaging system |
| DE102009006112A1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-08-06 | Austrian Research Centers Gmbh - Arc | Method and apparatus for inspecting objects bearing luminescent color patterns |
| US20090242798A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-01 | The Jackson Laboratory | 3D Biplane Microscopy |
| US7960685B2 (en) * | 2005-11-23 | 2011-06-14 | Illumina, Inc. | Confocal imaging methods and apparatus |
| WO2021160309A1 (en) | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Technische Hochschule Rosenheim | Inspecting a sample, in particular with regard to contamination/quality |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10113268B4 (en) * | 2001-03-16 | 2021-06-24 | Bundesdruckerei Gmbh | Sensor for the authentication of security features on value and / or security documents |
| US20100148091A1 (en) * | 2006-09-29 | 2010-06-17 | Glaxo Group Limited | Method and system for rapid phase luminescense spectroscopy analysis |
| US10908084B2 (en) * | 2008-10-14 | 2021-02-02 | Timothy M. Ragan | Devices and methods for direct-sampling analog time-resolved detection |
| WO2012167894A1 (en) * | 2011-06-06 | 2012-12-13 | Sicpa Holding Sa | In-line decay-time scanner |
| DE102020117043B3 (en) * | 2020-06-29 | 2021-12-02 | Becker & Hickl Gmbh | Short-term spectroscopy method and short-term spectroscopy device |
-
2023
- 2023-03-29 DE DE102023108014.8A patent/DE102023108014A1/en active Pending
-
2024
- 2024-03-28 WO PCT/EP2024/058583 patent/WO2024200706A1/en not_active Ceased
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5141609A (en) * | 1990-11-16 | 1992-08-25 | The Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and device employing time-delayed integration for detecting sample components after separation |
| US5674698A (en) * | 1992-09-14 | 1997-10-07 | Sri International | Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques |
| US5736410A (en) * | 1992-09-14 | 1998-04-07 | Sri International | Up-converting reporters for biological and other assays using laser excitation techniques |
| US5984474A (en) * | 1997-05-30 | 1999-11-16 | Carl Zeiss Jena Gmbh And Institut Fuer Physikalische Hochternologie | Arrangement and method for time-resolved measurement according to the scanner principle |
| US7960685B2 (en) * | 2005-11-23 | 2011-06-14 | Illumina, Inc. | Confocal imaging methods and apparatus |
| WO2008094794A1 (en) * | 2007-01-30 | 2008-08-07 | Ge Healthcare Bio-Sciences Corp. | Time resolved fluorescent imaging system |
| DE102009006112A1 (en) * | 2008-02-01 | 2009-08-06 | Austrian Research Centers Gmbh - Arc | Method and apparatus for inspecting objects bearing luminescent color patterns |
| US20090242798A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-01 | The Jackson Laboratory | 3D Biplane Microscopy |
| WO2021160309A1 (en) | 2020-02-14 | 2021-08-19 | Technische Hochschule Rosenheim | Inspecting a sample, in particular with regard to contamination/quality |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024200706A1 (en) | 2024-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19723445B4 (en) | Tiefendosismeßvorrichtung | |
| DE2611514C3 (en) | Surface scan inspection device | |
| DE2436110B2 (en) | Device for the detection of manufacturing defects in a moving material web | |
| WO2013117282A1 (en) | Device and method for identifying defects within the volume of a transparent pane and use of the device | |
| WO2008113328A2 (en) | Measuring device and method for optically determining the concentration of blood sugar and/or lactate in biological systems | |
| DE112015001072B4 (en) | Fluorescence spectrometer | |
| DE112014001353T5 (en) | Film production method, film production process monitoring device and film inspection method | |
| DE69415125T2 (en) | Process and device for the characterization, optimization and automatic control of an analysis using a dye penetration process | |
| DE102014226827A1 (en) | Method, apparatus and sensor for determining an absorption behavior of a medium | |
| DE102012104745B4 (en) | Test method and suitable test head | |
| DE69411385T2 (en) | DETECTION OF IRRADIATED SAMPLES | |
| DE102008048266A1 (en) | Method for determining portions of surface and volume absorption of light beam for manufacturing of optical elements or lenses, involves detecting deflection of measuring radiation by two-dimensional sensor | |
| EP0952441B1 (en) | Method for measuring sunlight induced fluorescence | |
| EP3136083B1 (en) | Method and device for determining a substance or the concentration of a substance in a fluid medium | |
| DE3706458C2 (en) | ||
| DE102023108014A1 (en) | Inspection device and method for optically detecting properties of an object transported on a conveyor in a transport direction by means of fluorescence excitation | |
| EP3872445B1 (en) | Coating thickness measurement through evaluation of the spectrum of fluorescence emission | |
| DE602005002348T2 (en) | METHOD FOR MEASURING PARTICLE PROPERTIES BY INTERFERENCE STRIP ANALYSIS AND CORRESPONDING DEVICE | |
| DE102012019471A1 (en) | Method for determining e.g. fluorescence lifetime of paper to identify banknote, involves recording phase difference values of sample light by runtime camera, and determining material characteristic based on difference values | |
| DE10324934A1 (en) | Arrangement and a method for recognizing layers that are arranged on surfaces of components and determining their properties | |
| DE3814606C2 (en) | ||
| DE60037882T2 (en) | DEVICE AND METHOD FOR STUDYING THE STRUCTURAL INTEGRITY OF TRANSPARENT OBJECTS | |
| DE3337468C2 (en) | ||
| DE102008037713A1 (en) | Apparatus and method for concentration analysis of the contents of drug-filled glass containers | |
| DE102019132585B4 (en) | Inspection system for the optical surface inspection of a test object |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WEBER FOOD TECHNOLOGY SE & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER MASCHINENBAU GMBH BREIDENBACH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, IN VERTRETUNG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER MASCHINENBAU GMBH BREIDENBACH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER MASCHINENBAU GMBH BREIDENBACH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER MASCHINENBAU GMBH BREIDENBACH, 35236 BREIDENBACH, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WEBER FOOD TECHNOLOGY SE & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, IN VERTRETUNG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, KOERPERSCHAFT DES OEFFENTLICHEN RECHTS, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, 35236 BREIDENBACH, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: WEBER FOOD TECHNOLOGY SE & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, IN VERTRETUNG DES FREISTAATES BAYERN, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, 35236 BREIDENBACH, DE Owner name: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, IN VERTRETUNG, DE Free format text: FORMER OWNERS: TECHNISCHE HOCHSCHULE ROSENHEIM, IN VERTRETUNG DES FREISTAATES BAYERN, 83024 ROSENHEIM, DE; WEBER FOOD TECHNOLOGY GMBH, 35236 BREIDENBACH, DE |
|
| R016 | Response to examination communication |