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    Beleuchtung

    Merkmale & Fehler sichtbar machen

IR-Beleuchtung

Als infrarote Strahlung wird der Wellenlängenbereich von etwa 780nm bis 1mm, also 1.000.000nm bezeichnet (und grenzt dort an den zur Zeit recht heiß diskutierten Bereich der Terahertzstrahlung an, die bei so genannten "Bodyscannern" zum Einsatz kommt). IR-Strahlung oftmals auch als Wärmestrahlung bezeichnet. In der industriellen BV sind die meisten Applikationen jedoch im nahen Infrarot angesiedelt, das den Spektralbereich 780 bis 3000 nm umfasst.

Typische Spektren von IR-LEDs für die Bildverarbeitung<
LED Spektren im nahen infraroten Bereich

Im Bereich zwischen 780 und 1000nm kann noch mit normalen monochromen CCD-Kameras inspiziert werden, deren Empfindlichkeit dort zwar immer mehr abnimmt, aber prinzipiell genügend stark ausgeprägt ist. Bei längerwelligen IR-Bereichen müssen Peltier-gekühlte Sensoren und spezielle Halbleiter-Materialien eingesetzt werden. Kameras zur Auswertung des mittleren IR-Bereichs werden als Thermalkameras oder Wärmebildkameras bezeichnet. Auch die Optiken bestehen hier nicht mehr aus normalen Gläsern, sondern aus Werkstoffen wie z.B. Germanium. Daher kommen für die einfache IR-Applikation mit "Standard-Kameras" bevorzugt  LEDs zum Einsatz im Bereich von ca. 870 oder 950nm. Bei der längeren Wellenlänge ist zwar eine geringere Streuung an der Oberfläche und damit eine bessere Durchleuchtung des Prüfkörpers zu erwarten, allerdings nimmt die Empfindlichkeit des gewöhnlichen CCD-Kamerasensors verstärkt ab.

 

Warum mit infraroter Strahlung inspizieren?

Längerwellige Strahlung schwingt als elektromagnetische Strahlung weniger häufig als kürzerwelligere Strahlung und zeigt somit weniger Wechselwirkung mit der Materie. Es ist daher in der Lage, eher weiter ins Material hinein einzudringen und erzeugt weniger Oberflächenreflexe als kurzwelliges Licht. Objekte können mit IR-Strahlung manchmal sogar durchleuchtet werden.

Oberflächeneffekte bei Verwenung von IR- und UV-Strahlung
Oberflächeneffekte UV- und IR-Licht

Da IR-Strahlung für den Menschen nicht sichtbar ist, kann es besonders gut an Arbeitsplätzen eingesetzt werden, wo normales Licht besonders störend wäre.

 

Typische Inspektionsmöglichkeiten mit IR-Beleuchtung

  • Durchlicht-Inspektionen von nicht vollständig transparenten, sondern gefärbten Materialien, die dann im IR keine Eigenfarbe mehr aufweisen und durchsichtig(er) werden
  • Oberflächenkontrolle trotz Bedruckung oder leichter Verschmutzung: Druckfarben bis auf Schwarz werden unsichtbar, Risse und Fehler an der Oberfläche können gefunden werden.
  • OCR-Applikationen auf Geldscheinen, Kreditkarten etc. Achtung: InkJet-Schriften (Verfallsdatum etc.) oftmals nicht mehr sichtbar!
  • Applikationen wie gewöhnlich, aber in Kombination mit einem Tageslichtsperrfilters kann jetzt unabhängig vom Raumlicht gearbeitet werden.
  • Applikationen wie gewöhnlich ohne Störung des Bedienpersonals zum Beispiel an manuellen Arbeitsplätzen

Konventionelle Beleuchtungen vs. IR-Beleuchtung

Tageslicht - RGB

Tageslicht - RGB

Farbbild. Tageslicht-Aufnahme zum Vergleich
Tageslicht  - Mono8

Tageslicht - Mono8

Tageslicht. Normale Grautöne. Helle Farben erscheinen hell, die dunklen Farben sind normal dunkel
IR-LED mit 890nm

IR-LED mit 890nm

Alle sichtbaren Farben verschwinden auf Geld und Kreditkarte mit Ausnahme von Schwarz und spez. Sicherheitsmerkmalen
Tageslicht - RGB

Tageslicht - RGB

Farbbild. Tageslicht-Aufnahme zum Vergleich
IR-LED mit 890nm

IR-LED mit 890nm

Alle sichtbaren Farben mit Ausnahme von Schwarz, sehr dunklen Farben mit Schwarzbeimengungen und Metallicfarben verschwinden
Tageslicht  - Mono8

Tageslicht - Mono8

Tageslicht. Normale Grautöne. Helle Farben erscheinen hell, die dunklen Farben sind normal dunkel

 

Wichtig für die Bildverarbeitung

  • Infrarote Strahlung ist für das menschliche Auge nicht sichtbar.  Zwar ist IR-Strahlung energetisch nicht sehr energiereich, kann aber auf lange Zeitdauer auch zu Kopfweh,  Erwärmung der Rezeptoren im menschlichen Auge und damit zu einer Schädigung führen. Dies geschieht jedoch nur bei sehr intensiven Lichtquellen, direktem Blick in die Beleuchtung und über Stunden hinweg. Bei kleineren industriellen LED-Beleuchtungen trifft dies üblicherweise nicht zu. Eine Einhausung des Prüfbereichs ist aus vielerlei Gründen immer zu empfehlen und löst solche Probleme. Bitte informieren Sie sich ausführlich (z.B. DIN EN 12198, DIN EN 14255-2 und BGI 5006) !
  • Takten Sie industrielle IR-Beleuchtungen, falls dieses möglich ist. So werden unnötige Lichtemissionen und auch Sicherheitsdiskussionen (!) vermieden. Einige wenige Inspektionen pro Sekunde mit wenigen Millisekunden Betriebsdauer sind normalerweise absolut harmlos.
  • Der Einsatz von schmalbandigen Bandpassfiltern oder Farbfiltern verhindert Störlichteinflüsse durch Tageslicht.
  • IR-korrigierte, optimierte Objektive erzeugen perfekte Bilder. Normale Standardobjektive sind für infrarotes Licht nicht korrigiert, die Brennweite für diese für das Auge unsichtbare Strahlung kann bedingt durch die chromatische Aberration erheblich abweichen. Auch Optikvergütungen müssen in ihrer spektralen Transmission entsprechend angepasst sein. Beides kann sonst zu verwaschenen Bildern führen.
  • Bitte achten Sie darauf, dass sich in der Kamera kein IR-Cut-Filter befindet. Meistens kann dieser dann gegen eine Klarglas-Variante ersetzt werden (da sich sonst die Abbildungsmaßstäbe der Optik ändern).
  • Beachten Sie die Sensor-Empfindlichkeit bei der von Ihnen verwendeten Kamera. Dort kann es erhebliche Unterschiede geben. Ideal ist der Einsatz spezieller IR-Kamera.
  • Achtung: Applikationen mit polarisiertem Licht und Polarisationsfiltern vor der Optik sind mit infraroter Strahlung fast NICHT realisierbar, da Polarisationsfolien typischerweise zwischen 400 bis 750 nm eine Filterwirkung zeigen. Polarisationsfilter für IR-Strahlung sind extrem teuer!
  • Achtung: Tintenstrahl-Drucke (Verfallsdatum) auf Lebensmitteln etc. sowie Drucke auf Thermo-Papier (wie Kassenzettel etc.) verschwinden einfach im Kamerabild bei der Beleuchtung mit infraroter Strahlung.

Farbaufnahme

Farbaufnahme

Bild enthält Farbinformationen des sichtbaren Spektrums.
Infrarote Aufnahme

Infrarote Aufnahme

Sichtbare Druckfarben wie Blau werden unsichtbar, ausserdem ebenfalls der schwarze Thermoprint

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