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Bildverarbeitung Beispielhafte Beleuchtungslösung für die Qualitätssicherung

| Autor / Redakteur: Alexander Schmidt * / Gerd Kucera

Die bestmögliche Lösung einer Bildverarbeitungsaufgabe steht und fällt mit der Auswahl der richtigen Beleuchtung. Denn sie entscheidet über die Qualität der Bildaufnahme und der präzisen Bildauswertung.

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Bild 1: Prinzip der Dunkelfeldbeleuchtung mit Ringlicht (Licht der Beleuchtung fällt nicht direkt ins Objektiv; das beleuchtete Feld erscheint dunkel, Störungen erscheinen hell)
Bild 1: Prinzip der Dunkelfeldbeleuchtung mit Ringlicht (Licht der Beleuchtung fällt nicht direkt ins Objektiv; das beleuchtete Feld erscheint dunkel, Störungen erscheinen hell)
(Bilder: Vision & Control)

Die Bildverarbeitung ist eine Synthesetechnologie. Sie integriert unterschiedliche Technikdisziplinen wie Beleuchtungstechnik, Optik, Elektronik, Informatik, Automatisierungstechnik und nicht zuletzt Maschinenbau. Das alles sind Bestandteile einer erfolgreichen Bildverarbeitungslösung. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit den Disziplinen der Dunkelfeldbeleuchtung und der telezentrischen Beleuchtung für die Qualitätssicherung. Beide Beleuchtungsarten kommen zum Einsatz, wenn es beispielsweise um das Erkennen kleinster Vertiefungen oder um Präzisionsmessungen geht.

Wie funktioniert die Dunkelfeldbeleuchtung? Bei dieser Methode wird das Licht flach über die Oberfläche des Prüfobjektes eingestrahlt. Der Einfallswinkel des Lichtes entspricht dem des Ausfallwinkels, sodass das mit der Kamera aufgenommene Bild dunkel bleibt. Allein die Streuung des Lichtes an Oberflächenstrukturen führt dazu, dass ein Teil des Lichtes in Richtung Objektiv gestreut wird. Der Lichtstrahlengang wird also durch Kratzer, Erhebungen, Vertiefungen, Prägungen, Beulen, Oberflächenstrukturen und Phasen am Prüfobjekt beeinflusst. Weil diese Störungen das auftreffende Licht in Richtung Kamera lenken, erscheinen die Fehler auf dem Prüfbild der Kamera hell.

Vision & Control bietet für diese Beleuchtungsart radiale, ringförmig angeordnete LED-Lichtquellen an, die sich für kleine Arbeitsabstände und bis zu einer ausgeleuchteten Fläche mit einem Durchmesser von 128 mm eignen.

Dunkelfeldbeleuchtungen finden ihren Einsatz bei der Oberflächenkontrolle an spiegelnden Objekten, der Anwesenheits- und Vollständigkeitskontrolle, Schrift- und Zeichenerkennung, Lage- und Drehlageerkennung sowie zur Werkstückidentifikation in Montage- und Handhabungsprozessen sowie bei Verpackungs- und Befüllungsprozessen.

Eine weitere Möglichkeit ist die Montage von vier Linienbeleuchtungen in einem 4-Seitenhalter. Die im Rechteck angeordneten Leuchtelemente können beliebig geneigt werden. Damit sind Beleuchtungssituationen von Hellfeld bis Dunkelfeld einstellbar (bei der Hellfeldbeleuchtung treffen die Lichtstrahlenbündel durch Reflexion am Objekt direkt in das optische System, das Bild erscheint hell). Die Lichtrichtung der 4-Seitenbeleuchtung (Bild 3) kann dadurch an die Gegebenheiten des Prüfobjektes individuell angepasst werden.

Die modulare Bauweise ermöglicht es dem Anwender, die Größe (Mindestlänge einer Seite ist 25 mm, in 25-mm-Schritten kaskadierbar), die Geometrie (rechteckige oder quadratische 4-Seitenbeleuchtung), die Lichtführung (diffus oder gerichtet) und die Leuchtfeldbreite (7 mm oder 14 mm) anzupassen. Durch die Kombination der einzelnen Baugruppen kann für unterschiedliche Anforderungen eine individuell zugeschnittene Beleuchtungslösung realisiert werden.

Das minimiert die Projektkosten für die Bildverarbeitungslösung entscheidend, da auf Standardprodukte zurückgegriffen werden kann. Desweiteren ist es möglich, auf die Anforderungen des Endkunden schnell zu reagieren, da keine Neuentwicklung nötig ist. Das ist gerade in der Verpackungsindustrie ein entscheidender Vorteil. Hier muss immer wieder auf die Konsumtrends reagiert werden, wodurch Verpackungen ständig um- oder neugestaltet werden. Damit ist auch eine schnelle Anpassung der Bildverarbeitung notwendig.

Koaxialen Ringbeleuchtungen (Bild 4) sind ursprünglich für Hellfeldanwendung vorgesehen. Benötigt der Anwender diese Beleuchtungsform für ein radiales Beleuchtungsszenario, hilft ebenfalls das umfangreiche Zubehör weiter. Mittels spezieller Dunkelfeldvorsätze wird das Licht in radialer Richtung gegenüber der Prüfobjektebene umgelenkt. Mit nur einer Beleuchtungsgrundbaugruppe kann der Anwender mittels geschickter Kombination des Zubehörs bis zu sieben unterschiedliche Lichtszenarien realisieren. Dies sorgt für maximale Flexibilität beim Anwender und minimiert die Anschaffungs- und Lagerungskosten beim Maschinenbauer.

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