• Beleuchtung

    Beleuchtung

    Merkmale & Fehler sichtbar machen

Beleuchtungen für Zeilenkameras

Zur Beleuchtung einer Zeilenkamera-Applikation wird letztendlich nur eine dünne Licht-Linie benötigt, da ja auch nur eine 1 Pixel breite Zeile zeitgleich vom Sensor erfasst wird. Wichtig für alle Zeilenkamera-Applikationen ist jedoch, dass Licht möglichst hell und extrem hochfrequent sein muss, damit kein Bildflackern auftritt.

Zum Einsatz kommen  hierfür:

  • zeilenförmige LED-Beleuchtungen (mit Fokussierlinse Auflicht / mit Diffusor für Durchlicht): Für wenig zeitkritische Applikationen und kurze Beleuchtungsstrecken haben sich inzwischen LED-basierte Linienlichter auf breiter Front durchgesetzt. Sie sind in ihrer Intensität in der Regel schwächer als Halogen-Kaltlichtquellen, allerdings sehr langlebig und in verschiedenen Lichtfarben verfügbar. Im Durchlichtbereich sind sie aufgrund der einfachen Bauform, hohen Homogenität stark in Verwendung, da die Kamera direkt in die Beleuchtung schaut, reicht die Helligkeit immer aus. Extrem helle LED-Aufllichtbeleuchtungen (Blitzbetrieb leider nicht möglich für Zeilenkamera-Applikationen) erfordern sehr massive Kühlkörper oder werden sogar wassergekühlt betrieben und ersetzen so zunehmend auch Halogenkaltlichtquellen im Aufllichtbetrieb. Die Beleuchtung langer Strecken ist kostspielig.
  • Halogen- oder LED-Kaltlichtquellen mit Glasfaser-Lichtleiter in Linienform: Sie sind die klassische Beleuchtung für Zeilenkamera-Applikationen. Eine Halogenlichtquelle (vergleichbar mit einem Diaprojektor) erzeugt mit rund 200 Watt Leistung sehr helles Licht, das dann über eine Glasfaser und einem Linienquerschnittswandler mit Zylinder-Vorsatzlinse als dünne Linie fokussiert wird. Auflicht wie Dunkelfeldtechnik lässt sich prima realisieren. Nachteil dieser Technik ist die Erzeugung von nur weißem Halogen-Licht und der kurzen Lebensdauer des Beleuchtungsmittels.  Die Beleuchtung langer Strecken ist kostspielig.
  • Fluoreszenzlicht-Stabbeleuchtung mit hochfrequentem Vorschaltgerät: "Neonröhren" in Stabform  sind eine preiswerte Form zur Beleuchtung von Zeilenkamera-Applikationen. Allerdings sind diese nur als diffuses Auflicht oder Durchlicht einsetzbar. Sie kommen oft zum Einsatz zur preiswerten Beleuchtung langer Strecken. Die Lebensdauer der Röhren ist jedoch ebenfalls stark begrenzt, die Lichtfarbe nur auf Weiß begrenzt. Achten Sie auf extrem schnell schaltende Vorschaltgeräte.

 

Auflicht-Beleuchtung Zeilenkamera

  • Dies ist die Standard-Methode zur Oberflächen-Inspektion mit Zeilenkameras.
  • Die Kamera und Beleuchtung sind so angeordnet, dass die Kamera im Reflexionswinkel zur Beleuchtung steht (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). So wird möglichst viel vom Auflicht erfasst.
  • Dies funktioniert besonders gut bei reflektierenden Werkstoffen. Auf diese Weise erscheinen helle Bereiche hell, dunkle Bereiche dunkel.
  • Sind Oberflächenstrukturen nicht zu dieser Anordnung vom Winkel her passend angeordnet, sondern verkippt, so erscheinen diese im Kamerabild ebenfalls dunkel. Kratzer in der Materialoberfläche oder schräge Phasen etc. werden dunklere Grautöne im Bild aufweisen.
Zeilenkamera Auflicht

Aufllichtbeleuchtung für Zeilenkameras

Dunkelfeldbeleuchtung Zeilenkamera

  • Auch mit einer Zeilenkamera kann ein Dunkelfeld-Effekt erzielt werden. Dazu wird die Beleuchtung nicht im Reflexions-Winkel, sondern deutlich flacher auf das Bauteil gerichtet.
  • Das direkt reflektierte Licht fällt nicht zur Kamera, das Bildfeld erscheint dunkel.
  • Vom Kamera-System wird nur das schwache Streulicht erfasst, daher wird für diese Technik sehr viel Licht benötigt.
  • Kratzer, Vertiefungen, Erhöhungen oder Prägungen erscheinen hell, da diese das Licht aufgrund einer unebenen Oberfläche streuen. Ideale Methode zur Detektion von Oberflächenfehlern auf glatten Werkstoffen.
Zeilenkamera Dunkelfeld
Dunkelfeldbeleuchtung für Zeilenkameras

Durchlicht-Beleuchtung Zeilenkamera

  • In diesem Beleuchtungs-Szenario befinden sich Kamera und Beleuchtung genau gegenüber, der Prüfkörper befindet sich dazwischen.
  • Die Umrisse von nicht Licht durchlässigen Materialien werden so sichtbar, Kantenausbrüche können erkannt und das Bauteil vermessen werden.
  • Bei transparenten Objekten (wie Gläser und Folien etc.) können mit dieser Methode Blasen, Sprünge oder evtl. Kantenausbrüche im Material sichtbar gemacht werden.
Zeilenkamera Durchlicht

Durchlichtbeleuchtung Zeilenkamera

 

Tipps zum Ausrichten der Linien-Beleuchtung

Die Zeilenkamera erfasst vom Bildbereich oftmals nur einen wenige 1/10mm breiten Streifen. Diesen gilt es exakt mit einem ebenfalls sehr dünnen Lichtstreifen genau zu treffen und auszuleuchten:

Lichtkalibration
Ausrichten der Beleuchtung  für Zeilenkamera

  • Nehmen Sie dazu ein Kalibrations-Target mit einem etwas breiteren schwarzen Streifen (evtl. auch mit Querteilung) und richten diesen quer zum Band aus.
  • Stellen Sie die Kamera vom Triggertyp um auf einen frei laufenden Modus ohne die Verwendung von Encoder- und Triggersignalen.
  • Positionieren Sie das Kalibrations-Target so, dass der schwarze Bildstreifen von der Zeilenkamera komplett auf der gesamten Länge erfasst wird. Da das Bild typischerweise als Bildblock aus vielen Bildzeilen besteht, muss dieses jetzt komplett schwarz werden.
  • Fahren Sie mit einem Stift ins Bild über die Linie. Sie können so jetzt im Kamerabild die Positionen rechts und links bestimmen. Markieren Sie diese evtl. ebenfalls auf Ihrem Kalibrations-Target.
  • Jetzt kennen Sie exakt die Position, die von der Kamera erfasst wird. Richten Sie jetzt Ihre Beleuchtung in Winkel und Arbeitsabstand wie gewünscht aus und fokussieren falls möglich den Lichtstrahl für maximale Helligkeit.

 

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