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Multispektralsystem: perfekte Optik dank Doppelfilter

Lichttechnische Analysen
Multispektralsystem: perfekte Optik dank Doppelfilter

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Durch den Einsatz eines Doppelfilterrads stehen Anwendern zweimal acht übereinander liegende Filterplätze zur Verfügung. Daraus ergeben sich 64 unterschiedliche Filterkombinationen. Bild: Systec
Farbmessungen, die etwa für den Cockpitbereich von Fahrzeugen relevant sind, stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Systeme. Um mehr Farbinformation zu erhalten, nutzt ein Multispektralsystem von Systec zwei Filterräder. Eine Kamera von Jai mit 45-Megapixel-Sensor sorgt für die Bildaufnahme.

In vielen Branchen stellt die genaue Einhaltung von Farbvorgaben ein wichtiges Qualitätsmerkmal dar. Beispiele solcher Anwendungen finden sich 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.

Messsysteme, die dabei zum Einsatz kommen, müssen den Anwendern möglichst viele Farbinformationen bereit stellen können. Das wird unter anderem durch die Kombination verschiedener Farbfilter erreicht.

Unternehmen benötigen also spezialisierte Lösungen, wie sie zum Beispiel Systec bereit stellt. Der Anbieter entwickelt Systeme, mit denen der Farbort, die Leuchtdichte und die optische Homogenität überprüft werden können. Mit einer Neuentwicklung hat Systec die Möglichkeiten der bisherigen Technologien erweitert. Die Multispektralkamera MSC 8X8 ist speziell auf die hohen Anforderungen von lichttechnischen Analysen ausgelegt. „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“, sagt Systec-Geschäftsführer Tobias Postler. „Daraus ergeben sich 64 unterschiedliche Filterkombinationen, was nach unseren Recherchen bislang einmalig am Markt ist.“

Für Inline- und Offline-Einsatz geeignet

Ein wesentliches Element der Neuentwicklung ist eine CMOS-Industriekamera des dänischen Herstellers Jai vom Typ Spark. Sie verfügt über eine hohe 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 wie zum Beispiel zur Stichprobenprüfung geeignet. Die ursprüngliche Motivation stammt jedoch aus dem Inline-Betrieb, daher wählte Systec 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 sind damit Taktzeiten ab 0,5 s für unterschiedliche Belichtungsstärken erzielbar, was für viele Inline-Prozesse eine ausreichende Geschwindigkeit darstellt.

„Neben der exzellenten Auflösung von 45 Megapixeln war uns wichtig, dass die integrierte Kamera eine hervorragende Stoß- und Vibrationsfestigkeit aufweist und eine verteilte Bildverarbeitung auf mehreren PCs erlaubt“, so Postler. „Über die Link-Sharing-Funktion von Coaxpress war dies mit der Spark-Kamera möglich.“

Im Einsatz profitieren Anwender von der Flexibilität des Multispektralkamerasystems, das Systec 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 auch individuelle Bestückungen nach Kundenanforderung möglich.

Algorithmen sind in die Software integriert

In Abhängigkeit von den erforderlichen Ausgabeparametern führt die zugehörige Software 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 die zugehörigen Software integriert, so dass Anwender ihr System ohne langwierige Vorbereitungen einsetzen können.

Welche Vorteile der Einsatz des Multispektralkamerasystems bringt, zeigt ein konkretes 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“, berichtet Postler. Zum einen wird die Lösung eingesetzt, um Symbole zu vermessen und dabei Leuchtdichte, Gleichförmigkeit und Farbort auswerten. „Durch die hohe Auflösung können wir dies ortsaufgelöst tun und zusätzlich die herkömmlichen Bildverarbeitungsjobs wie Mustererkennung und Konturerkennung in einer Aufnahme gleich mit erledigen. Dies erspart Zeit beziehungsweise zusätzliches Equipment“, so der Systec-Geschäftsführer. Zum anderen wird die gleiche Kamera-Filterkombination auch verwendet, um Displays zu vermessen.

Insgesamt stellt das System 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“, sagt Postler.

JAI A/S
Industriering 7
63868 Grosswallstadt
Tel. +496022261500
www.jai.com


Peter Stiefenhöfer

im Auftrag von Jai

www.jai.com



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