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Gut belichtet in die Prüfung

Beleuchtung – das wichtigste Kriterium in der Bildverarbeitung
Gut belichtet in die Prüfung

Voraussetzung für eine gute Bildverarbeitung ist eine gute Beleuchtung. Diese ist notwendig, um ein möglichst kontrastreiches Bild zu erzeugen. Dabei ist es wichtig, dass diese ausgewählte künstliche Beleuchtung konstant, also frei von Störungen durch Fremdlichtquellen (wie z. B. Sonnenlicht, das durch Dachfenster von Produktionshallen fällt) bleibt.

Dipl.-Ing. Jürgen Oehlmann, Geschäftsführer und Lioba Friese-Oehlmann, visolution GmbH, Kandel

Die Abschirmung gegen solche Fremdlichtquellen wird z. B. durch Lichtkästen realisiert. Unter diesen Bedingungen wird eine geringe Rejectrate (Anzahl der unberechtigten Zurückweisungen) erreicht und Verwechslungen werden ausgeschlossen. Systemlösungen für Bildverarbeitung, die neben der Soft- und Hardware selbstverständlich nicht zuletzt auch die richtige Auswahl der Beleuchtung beinhalten, bieten die Bildverarbeitungssysteme der visolution GmbH, die auf diesem Gebiet mit einer langjährigen und fundierten Erfahrung aufwarten kann.
Beleuchtungsquellen
Die am häufigsten eingesetzten Beleuchtungsquellen sind die folgenden:
  • 1. Warmtonlampen bieten das beste flächige Licht mit einer gleichmäßigen Ausleuchtung. Sie erreichen allerdings erst nach ca. einer Stunde ihre dauerhaft maximale Helligkeit, im Gegensatz zu den anderen Beleuchtungsarten, die von Anfang an eine konstante Helligkeit aufweisen. Zudem ist keine blitzartige Beleuchtung möglich, und die Lichtstärke nimmt mit der Zeit ab. Die Lebensdauer dieser Lampen wird mit 3.000 bis 6.000 Stunden angeben.
  • 2. Halogenlampen/Kaltlichtlampen liefern ein punktförmiges, sehr helles Licht. Die Beleuchtungsstärke und die Farbtemperatur bleiben über die gesamte Lebensdauer der Lampen konstant. Auch können keine Fehler auftreten, wie z. B. Flackern, was die Beleuchtung ungleichmäßig macht (bei Warmtonlampen der Fall). Allerdings sind diese Lampen vergleichsweise nur begrenzt haltbar (zwischen 1.000 und 10.000 Stunden). Auch bei Kaltlicht ist die Lichtquelle, d. h. die Lampe selbst heiß, doch der Lichtaustrittspunkt ist kalt, weshalb sie sehr gut für die Beleuchtung wärmeempfindlicher Objekte (wie z. B. Pharmaprodukte) geeignet sind.
Dieses Licht ist zudem gut für eine blitzartige Beleuchtung geeignet, d.h. es kann für schnell bewegte Teile verwendet werden. Bei der Bildaufnahme von schnell bewegten Objekten kann durch kurze Blitzzeiten die Bewegungsunschärfe relativiert werden und damit eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden: es kann z. B. bei einer Geschwindigkeit von 1m/sec und einer Belichtungszeit von 10µsec die Bewegungsunschärfe auf 10µm begrenzt werden.
  • 3. LED-Lampen sind zum einen nur punktförmige Lichtquellen, zum anderen auch dunkler als Kaltlichtlampen. Dafür zeichnen sie sich jedoch durch eine extrem lange Lebensdauer (bis 100.000 Stunden) aus. Bei ausreichender Kontrastschärfe, gleichmäßiger Ausleuchtung und ausreichender Helligkeit sind sie daher (1) und (2) durchaus vorzuziehen.
  • 4. Laserlicht wird mittels Lichtschnittverfahren zur Tiefeninformation bei dreidimensionalen Objekten eingesetzt. Durch ein vorgeschaltetes Hologramm kann der punktförmige Laser in einen linienförmigen Laser umgewandelt werden. Beim Einsatz von Laserlicht muss allerdings beachtet werden, dass ab einer bestimmten Lichtstärke (Stufe 3a) ein Laserschutzbeauftragter in der Firma eingesetzt werden muss.
Von der Mechanik der Produktionsmaschine ist abhängig, wie nah sich die Lichtquelle am Objekt befinden kann. Mit zunehmender Entfernung zum Objekt muss bei den Lichtquellen (1), (2) und (3) die Lichtstärke vergrößert werden. Im Gegensatz dazu ist das bei Laserlicht nicht notwendig, da hier die Lichtleistung mit größerer Entfernung nicht abnimmt.
5. Polarisiertes Licht wird durch den Einsatz eines Polfilters erzeugt. Es wird eingesetzt, um bei stark reflektierenden Oberflächen der Objekte Lichtreflexe zu eliminieren. Weiterhin kann bei bestimmten Materialien ein starker Kontrast erzeugt werden (z. B. bei in Metall genadeltem Code).
Beleuchtungsarten
Mit den genannten Lichtquellen können unterschiedliche Beleuchtungsarten realisiert werden.
Zunächst wird zwischen Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtung unterschieden. Für die Hellfeldbeleuchtung wird das zu überprüfende Teil als Spiegel genutzt, so dass Störungen, wie Risse oder Kratzer in Oberflächen als dunkle Punkte erkannt werden. Bei der Dunkelfeldbeleuchtung sind im Bildfeld keine Lichtspiegelungen vorhanden; sie wird für Identifikations-, Vermessungsaufgaben und Farberkennungen eingesetzt.
Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung der Lichtquelle als Durchlicht. Vorteil dieses Verfahrens ist die wesentlich höhere Messgenauigkeit (ca. 3 – 10 mal so gut) als bei Auflicht. Es ist verwendbar bei transparenten Teilen oder Teilen mit Durchbrüchen (z. B. Bohrungen) und wird zur Vermessung von Objekten eingesetzt.
Zum Einsatz kommt nicht nur weißes, sondern auch farbiges Licht, d. h. Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Es wird erzeugt durch farbige Lichtfilter oder unterschiedlich gesteuerte farbige Leuchtdioden. Zur Anwendung kommt es bei der Inspektion von unterschiedlich farbigen Teilen für die Kontrastverstärkung. Zudem können bei monochromatischem Licht (Licht einer Wellenlänge) einfachere, d. h. preisgünstigere Objektive eingesetzt werden, da die Korrekturlinsen für das gesamte Lichtspektrum entfallen.
Zusammenfassung
Bei der Vielfalt an Bildverarbeitungsaufgaben ist es einsichtig, dass nur in den wenigsten Fällen für die Beleuchtung eine Methode aus dem Lehrbuch zur Anwendung kommen kann. In der Mehrzahl der Fälle sind kombinierte Beleuchtungsverfahren erforderlich. Auch hierbei gilt, dass eine gute Beleuchtung nur durch langjährige Erfahrung und durch Austesten erreicht werden kann. Die Beleuchtung ist insofern von ganz besonderer Bedeutung, als eine schlechte Beleuchtung nicht durch die beste Software ausgeglichen werden kann.
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