In vielen Branchen stellt die genaue Einhaltung von Farbvorgaben ein wichtiges Qualitätsmerkmal dar. Beispiele solcher Anwendungen finden sich unter anderem in der Automotive-Industrie, wo Hersteller extremen Wert darauf legen, dass Bedien- und Anzeigeelemente sowie Cockpit- und Ambientebeleuchtungen in ihren Fahrzeugen farblich exakt aufeinander abgestimmt sind. In der Medizintechnik müssen LED-OP-Leuchten und viele andere Komponenten genauen Vorgaben entsprechen, um die strengen Auflagen dieser Branche zu erfüllen. Vor der Montage von dekorativen Kunststoffkomponenten wie zum Beispiel Blenden muss häufig nicht nur aus ästhetischen Gründen sichergestellt werden, dass die verwendeten Farben zueinander passen. Denn die Wertschöpfung steigt mit jedem Montageschritt und ein Austausch farblich aus dem Rahmen fallender Teile wird zu einem späteren Prozessschritt immer teurer oder sogar unmöglich.
Für derartige Aufgabenstellungen entwickelt Panovotec (ehemals Systec) Systeme, mit denen der Farbort, die Leuchtdichte und die optische Homogenität überprüft werden können. Neu im Portfolio ist die Multispektralkamera MSC 8X8. Diese sei eine konsequente Weiterentwicklung der bisherigen Produkte für lichttechnische Analysen, sagt Panovotec-Geschäftsführer Tobias Postler. „Durch den Einsatz eines von uns eigens entwickelten Doppelfilterrades stehen Anwendern zweimal acht übereinander liegende Filterplätze zur Verfügung, die automatisiert in den Strahlengang gebracht werden können.“ Daraus ergeben sich 64 unterschiedliche Filterkombinationen.
Extrem genaue
lichttechnische Analysen
Zweites wesentliches Element der Neuentwicklung ist eine CMOS-Industriekamera des dänischen Herstellers JAI vom Typ Spark. Sie verfügt über eine Auflösung von 45 Megapixeln, eine hohe Bittiefe von 14 Bit und arbeitet mit einem HDR-Modus (High Dynamic Range). Diese Eigenschaften ermöglichen in Kombination mit den Filtern der MSC 8X8 extrem genaue lichttechnische Analysen, um Werte wie die Leuchtdichte, die dominante Wellenlänge und den Farbort zu bestimmen.
Das System ist sowohl für den Inline-Einsatz in kontinuierlichen Produktionsanlagen als auch für Offline-Anwendungen zum Beispiel im Labor oder zur Stichprobenprüfung geeignet. Die ursprüngliche Motivation stammt jedoch aus dem Inline-Betrieb. Daher wählte Panovotec eine Spark-Variante mit Global Shutter, einer maximalen Bildaufnahmefrequenz von 38 Bildern/s und einer CoaXPress-Schnittstelle mit zwei oder vier Kanälen, die eine Datenübertragungsrate von bis zu 6,25 Gbps pro Kanal an den auswertenden Rechner ermöglicht. In Abhängigkeit von der eingestellten Belichtungszeit und den gewünschten Ausgabeparametern können damit Taktzeiten ab 0,5 s für unterschiedliche Belichtungsstärken erzielt werden, was für viele Inline-Prozesse eine ausreichende Geschwindigkeit darstellt.
Hohe Anforderungen
an die Bildqualität
„Wir haben uns an JAI gewandt, weil wir sehr hohe Anforderungen an die Bildqualität der Kameras hatten, die JAI mit diesem gewählten Spark-Modell erfüllen konnte“, erklärt Postler. Neben der Auflösung von 45 Megapixeln sei auch wichtig gewesen, dass die integrierte Kamera eine hervorragende Stoß- und Vibrationsfestigkeit aufweist und eine verteilte Bildverarbeitung auf mehreren PCs erlaubt. „Über die Link Sharing-Funktion von Coaxpress war dies mit der Spark-Kamera möglich.“
JAI unterstützte Panovotec nicht nur bei der Auswahl des geeigneten Kameramodells, sondern auch bei der Wahl des Objektivs, des richtigen Objektivflansches und des richtigen Abstands von Objektiv zu Kamera. Zudem war ein optimales Wärmemanagement erforderlich, um möglichst rauschfreie Bilder aufzunehmen und somit die Grundlage für qualitativ hochwertige lichttechnische Analysen zu schaffen. Auch hier steuerten Experten von JAI wertvolles Know-how bei, um die Gesamtlösung in Bezug auf die Temperaturentwicklung optimal zu gestalten. Ein Peltier-Kühlaggregat sorgt in der MSC 8X8 für die aktive Kühlung des kompletten Systems und somit auch des Kamerasensors.
Im Einsatz profitieren Anwender von einer hohen Flexibilität des Multispektralkamerasystems, das Panovotec zunächst auf Basis der vorliegenden Anforderungen mit verschiedenen Filterkombinationen zusammenbaut und kalibriert. Aktuell existieren dafür zwei optimierte und verifizierte Bestückungen der beiden Filterräder, bei denen entweder drei CIE-Tristimulus-Filter oder mehrere Filter für multispektrale Messungen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind jedoch auch individuelle Bestückungen nach Kundenanforderung möglich.
Algorithmen sind integriert
In Abhängigkeit von den erforderlichen Ausgabeparametern führt die zugehörige Software von Panovotec anschließend eine automatisierte Snap-Sequenz mit verschiedenen Filterkombinationen durch. Die RAW-Bilddaten werden dabei mit Hilfe der für die jeweilige Kamera-/Filterkombination hinterlegten Kalibrierfunktionen in gültige physikalisch-technische Einheiten, das heißt in Messwerte umgewandelt. Die Algorithmen für alle erforderlichen Berechnungen sind bereits in der zugehörigen Software integriert, so dass Anwender ihr System ohne langwierige Vorbereitungen einsetzen können.
Aktuell ist das System für die Integration in Testsystemen von Panovotec ausgelegt. Damit erhalten Kunden eine optimal auf ihre Bedürfnisse abgestimmte Komplettlösung inklusive der erprobten und bewährten Software. Anwender mit Bildverarbeitungs-Know-how können das System auch separat bei Panovotec beziehen und in eigene Applikationen integrieren oder als Stand-alone-System im Laboreinsatz nutzen.
Im Einsatz liefert das Multispektralkamerasystem genaue Messwerte für die Beleuchtungsstärkeverteilung, die Lichtstärkeverteilung, die Farbkoordinaten, die dominante Wellenlänge, die diskrete Spektralcharakteristik sowie die korrelierte Farbtemperatur. Mit diesen Angaben sind aussagekräftige Tests zur Qualitätssicherung in der Produktion und viele weitere Anwendungen möglich.
Grenzwerte für Helligkeit werden eingehalten
Postler nennt ein Beispiel: „Der Zulieferer eines deutschen Sportwagenherstellers setzt MSC 8X8 bereits in einem End-of-Line-Testsystem für Cockpitkomponenten ein und ist mit den Ergebnissen hochzufrieden. Das System stellt sicher, dass keine Produkte mit falsch bestückten Beleuchtungskomponenten wie LEDs mit falscher Wellenlänge oder Helligkeit ausgeliefert werden, was zu Kundenreklamationen führen würde. Zudem wird so die Gefahr ausgeschlossen, dass Fahrer bei einer fehlerhaften Einmessung oder Kalibrierung geblendet werden, wenn in der Nacht die Grenzwerte für die maximale Helligkeit überschritten werden.“
Auch bei Monitoren in der Medizintechnik ist es sehr wichtig, dass Leuchtdichte und Homogenität den Anforderungen entsprechen: Sie ersetzen bei der Darstellung von Röntgenaufnahmen die klassischen Aufnahmen vor einem Leuchtschirm und dürfen keine Schwankungen in der Homogenität aufweisen. Denn im schlimmsten Fall könnte dies zu Fehlinterpretationen durch den Arzt führen.
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Peter Stiefenhöfer
im Auftrag von
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