Beleuchtung

Merkmale & Fehler sichtbar machen

Laser-Beleuchtung

Laser können als spezielle Beleuchtungsart in der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt werden. Der Laserstrahl kann verschiedene Formen annehmen, die mit Ausnahme der Punkt- oder Linienform durch diffraktive optische Elemente erzeugt werden.

Mit Hilfe der projizierten Laserlichtmuster können Untersuchungen und Auswertungen im Bild durchgeführt werden, die mit konventionellen Beleuchtungsarten nicht möglich sind.

Typische Laser-Projektionsmuster

Warum mit Laser-Licht inspizieren?

Laserlicht stellt einen scharf fokussierbaren Lichtstrahl dar, der auch über größere Arbeitsabstände sehr genau abgebildet werden kann. Das extrem gerichtete Licht bildet genau das Lichtmuster ab, das nun im Kamerabild ausgewertet werden kann.

Laserlinie

Mit Hilfe einer einfachen Linie kann das Profil des länglichen Aluwerkstücks ausgewertet werden.

Lasergitter

Dreidimensional geformtes metallisches Bauteil wird durch Lasergitter sichtbar gemacht. Tiefe und Form der Bauteilvertiefung kann so erkannt werden.

Laser-Multilinie

Die Form des länglichen Werkstücks kann mit Hilfe einer Multilinie an verschiedenen Stellen gleichzeitig geprüft werden.

Während mit normaler Beleuchtung ein zweidimensionales Bild (X/Y) erzeugt wird, können mit Hilfe von Lasern oft auch Informationen über räumliche Konturen (Z-Achse) gewonnen werden. Wird der räumliche Versatz von schräg projizierten Laserlinien und anderen Mustern ausgewertet, spricht man auch von Lasertriangulation.

Laser: Typische Inspektionsmöglichkeiten und Beispiele

Mit Lasern lassen sich eine Vielzahl von Anwendungen realisieren. Meist genügt ein wenig Phantasie, um diese etwas ungewöhnliche Art der Beleuchtung zu gestalten. Typische Anwendungsgebiete sind das Erkennen von Objekten, das Positionieren von Bauteilen, das Identifizieren unterschiedlicher Objekte und das Erkennen von Konturen.

Stapelhöhenerkennung mit Hilfe eines Lasers

Beispiel 1:

Ein senkrecht projizierter Kreis erscheint im Kamerabild je nach Objekthöhe unterschiedlich groß. Aus dem Durchmesser des Kreises kann sehr einfach auf die Höhe und den Arbeitsabstand des Objektes geschlossen werden. So kann z.B. erkannt werden, wie viele gestapelte Lagen sich noch auf einer Palette befinden.

Detektion von Materialstau mit Hilfe einer Laserlinie

Beispiel 2:

Eine oder mehrere Laserlinien werden schräg auf ein flaches Material wie Papier, Folie etc. projiziert. Wird das Material gewellt, gefaltet oder gekrümmt, so wird auch die Laserlinie entsprechend gewellt oder gekrümmt. Aufgrund der Homogenität des Materials kann dies im normalen Kamerabild mit diffusem Auflicht nicht erkannt werden. Materialstaus in der Produktionslinie könnten so erkannt werden.

Beispiel 3:

Wölbung oder Vertiefung? Liegt das Bauteil richtig herum? Im normalen Kamerabild oft kaum zu erkennen, bildet sich auch hier ein Lasermuster in die entsprechende Richtung. Durch den Einsatz mehrerer Laserlinien können auch komplexe Oberflächengeometrien, wie z.B. Waschbeckenformen, unterschieden und identifiziert werden.

Beispiel 4:

Spaltmessungen und Versatzprüfungen nach dem Prinzip der Lasertriangulation an Blechteilen und Baugruppen etc. werden häufig in der Automobilindustrie durchgeführt. Dabei werden eine oder mehrere Linien projiziert und der Linienversatz, die Form und die Länge der einzelnen Segmente gemessen.

Beispiel 5:

Mit Hilfe eines Linienlasers, einer 3D-Kamera zur Ermittlung der Triangulationsprofile und einer verfahrbaren Scaneinheit können dreidimensionale Daten und Bilder von Objekten erzeugt werden. Dies ist eine von mehreren Möglichkeiten der 3D-Bildverarbeitung.

Wichtig für die Bildverarbeitung

Laserdioden altern bei Erwärmung drastisch. Bitte schalten Sie das Laserlicht nur zur Bildaufnahme ein, um Erwärmung und Alterungseffekte zu minimieren. Dies erhöht auch die Sicherheit des Bedienpersonals.
Ein LED-Laser enthält eine Monitor-Fotodiode, deren Strom die optische Leistung linear regelt. Dadurch werden Leistungsspitzen beim Einschalten vermieden, die den Laser beschädigen und die Schutzklasse des Lasers überschreiten könnten. Der Laser benötigt einen bestimmten Schwellstrom (threshold current) durch das Halbleiterelement, um überhaupt in den Laserbetrieb zu kommen. Von da an genügen wenige mA, um die optische Ausgangsleistung von knapp über Null auf 100 % zu steigern. Die Ansteuerung des Lasers erfolgt über den zusätzlich verfügbaren Modulationseingang, der genau diese kleine Regelung vornimmt. Damit lassen sich Laser sehr schnell schalten und regeln. Ein vollständiges Einschalten ist wegen des Monitordioden-Mechanismus wesentlich langsamer.
Bei Verwendung von rotem Laserlicht kann ein roter Farbfilter auf das Objektiv aufgesetzt werden. Dadurch wird das Umgebungslicht unterdrückt und die Laserlinie besser sichtbar. Eine noch bessere Filterwirkung kann mit Interferenzfiltern erzielt werden.

Laserlinie im Tageslicht

Rote Laserlinie mit Umgebungslicht - Laserlinie auf Objekt teilweise schwer erkennbar

Rote Laserlinie mit Rotfilter

Störendes Umgebungslicht (Neonröhren) wird weitgehend ausgeblendet. Nur die helle Laserlinie bleibt sichtbar.

Laserlicht kann durch seine extreme Bündelung und Leistung auf kleinster Fläche vor allem für das menschliche Auge sehr schädlich sein. Die meisten Laser, die in der Bildverarbeitung als Beleuchtung eingesetzt werden, sind jedoch in der Regel in die Laserschutzklasse 2 eingestuft und erfordern nur sehr geringe Schutzmaßnahmen. Ausnahmen sind punktförmige Laserquellen mit kleiner Leuchtfläche und geringer Strahldivergenz oder Punkt- und Linienlaser in Lasertriangulationssystemen, die oft mit extrem hoher Bildfrequenz aufnehmen müssen. Bitte informieren Sie sich über die aktuellen Sicherheitsbestimmungen.

Für komplexere, metrisch kalibrierte Inspektionen stehen fertige Lasertriangulationssysteme zur Verfügung, die genau für solche und weitaus schwierigere Aufgaben entwickelt wurden. Weitere Informationen finden Sie im Kapitel Laser-Triangulationssysteme.

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