• Beleuchtung

    Beleuchtung

    Merkmale & Fehler sichtbar machen

Messen und Inspizieren mit Durchlicht-Beleuchtung

Die Durchlicht-Beleuchtung ist die Wahl der Beleuchtung, wenn es darum geht, Bauteile möglichst präzise zu vermessen. Die Beleuchtung wird auf der gegenüber liegenden Seite der Kamera angeordnet, das Bauteil selber in den Lichtstrahlengang eingebracht.

Dazu kann das Bauteil:

  • auf einem möglichst transparenten Förderband liegen, aber auch sehr helle Förderbänder können mit rotem oder infrarotem Licht durchleuchtet werden.
  • auf einer Glasplatte zum Liegen kommen. Diese sollte aus gehärtetem Glas sein, damit möglichst wenig Kratzer auf der Glasoberfläche entstehen.
  • in einer Führungsschiene transportiert werden. Diese ist dann dort unterbrochen, wo das Teil gemessen werden soll.
  • von einer Seite mit einem Roboter- oder Greifsystem über das Licht frei schwebend gehalten werden.

Das Bauteil ist selbst nur noch als Schattenriss erkennbar, über die Bauteiloberfläche kann keine Aussage mehr getroffen werden. Die das Bauteil umgebende Fläche ist die Beleuchtung, in die das Kamerasystem blickt. Durch diesen massiven Lichtüberschuss ist die gesamte Applikation relativ unanfällig für Störlicht.

Glühlampe im Durchlicht

Glühlampe im Durchlicht

Achtung: Bildränder links sind schon deutlich abgeschattet. Dies kann zu Mess-Ungenauigkeiten führen, wenn Kanten in hellen und dunkleren Bereichen eine gemeinsame Messung ergeben sollen
Funktionsweise Durchlicht

Funktionsweise Durchlicht


Wichtig für die Bildverarbeitung

Zur Erzielung von besten Mess-Ergebnissen wird eine Hintergrundbeleuchtung eingesetzt, die:

  • möglichst homogen über die gesamte Leuchtfläche das Licht abstrahlt. Dadurch sind Messungen in ihrer messtechnischen Aussage von der Mitte zum Rand hin verwendbar.
  • möglichst paralleles Licht abgibt und so Halbschatten an den Kanten vermeidet. Je höher der Kontrastsprung an der Bauteil-Kante ist, desto genauer werden die Ergebnisse, die die Bildverarbeitungssoftware zurückliefert.
  • niemals in Messapplikationen das Bild überbelichtet. Bei der Verwendung von CCD-Sensoren kommt es bei einer Sättigung der Pixel von mehr als 100 Prozent zu einem Überstrahlungseffekt. Überschüssige elektrische Ladungen wandern in benachbarte Pixel, die dort ebenfalls das Bild überstrahlen können. Die Folge sind "dünnere" Schattenrisse, der Anwender erhält völlig falsche Ergebnisse. Ein CMOS-Sensor zeigt diesen Effekt nicht, da jedes Pixel einzeln ausgelesen wird, eignet sich jedoch nicht unbedingt für Präzisionsmessungen, da dieser eher eine logarithmische Lichtempfindlichkeit ausweist und sich diese Messwerte schlecht interpolieren lassen.

 

Kontraststeigerung durch Vermeidung von Streulicht oder Kollimation

Alle Methoden zur Vermeidung von Streulicht schaffen schärfere, kontrastreichere Kanten im Durchlicht, da damit Halbschatten-Effekte als Kantensaum verschwinden:

Durchlicht mit diffusem Streulicht

Durchlicht mit diffusem Streulicht

Teil befindet sich nahe an diffusem Durchlicht - Flanken aufgehellt
Schraube Durchlicht weit entfernt

Schraube Durchlicht weit entfernt

Licht 8cm entfernt und wirkt daher gerichteter - Weniger Streulicht - Scharfe Kanten

  • Größerer Abstand von Hintergrundbeleuchtung zu Prüfobjekt: Ist das Objekt zum Beispiel 10 cm statt 1 cm weit vom Licht entfernt, werden Halbschattenzonen vermieden. Das diffuse Streulicht ist einfach viel schwächer als direkt zur Kamera strahlendes Licht und hat bei großem Arbeitsabstand keine Relevanz mehr.
  • Maskierung der Hintergrundbeleuchtung: Muss eine diffuse Hintergrundbeleuchtung trotzdem sehr nah angebaut werden, können Halbschattenzonen durch Maskieren (Abdecken) der  nicht benötigten Flächen vermieden werden.
  • Einsatz eines Light Control Films: Filterscheibe auf Durchlicht blockt diffuses Streulicht und lässt nur senkrecht abgestrahltes Licht durch. Dadurch werden Halbschatten-Zonen vermieden.
  • Verwendung einer telezentrischen Hintergrund-Beleuchtung: das Hintergrundlicht wird durch ein optisches Linsensystem absolut parallel ausgerichtet. Halbschatten-Zonen werden so vermieden. Diese Methode sollte immer in Verwendung mit telezentrischen Objektiven verwendet werden und führt zu den allerbesten Ergebnissen.

 

Kontraststeigerung durch Polarisation

Durch Einsatz eines Polarisationsfilters auf Durchlicht und Optik kann bei transparenten, harten Kunststoffen mit Hilfe der Spannungspolarisation das Prüfobjekt partiell verdunkelt werden. Gerade hochtransparente Materialien ergeben im Durchlicht kaum Kontrast zur Objektfindung oder zur Kantenfindung. Mit dieser Technik kann der Kontrast erhöht und eine Auswertung verbessert werden.

normales Durchlicht

normales Durchlicht

Leicht getöntes transparentes Teil erzeugt geringe Kontrastwerte
Durchlicht polarisiert

Durchlicht polarisiert

Durchlicht mit Polfolie und Filter auf Optik erzeugt gute Kontraste. Materialstress sichtbar

 

Kontraststeigerung durch kurzwelliges Licht

Gerade transparente und halbtransparente Objekte werden im Durchlicht durchleuchtet, es entsteht kaum Kontrast, das Prüfobjekt ist kaum auswertbar. Setzt man kurzwelliges Licht ein, so streut dieses bedingt durch die kleinere Wellenlänge des Lichts mehr als vergleichbar langwelligeres Licht. In diesem Fall brachte der Einsatz von blauem statt rotem Licht über 10 Prozent zusätzlichen Kontrast.

Rotes LED Backlight

Rotes LED Backlight

Halbtransparenter Kabelbinder erzeugt Helligkeitskontrast von 35 Prozent in der Mitte gemessen.
Blaues LED Backlight

Blaues LED Backlight

Halbtransparenter Kabelbinder erzeugt Helligkeitskontrast von 47 Prozent mit blauem Licht.

 

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