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Beleuchtung

Beleuchtung vs. Industrielle Bildverarbeitung

Eine geeignete Beleuchtung ist ausschlaggebend für die Qualität der Bildaufnahme und vereinfacht eine nachfolgende Bildauswertung maßgeblich.

Die richtige Auswahl der Lichtquelle zählt in der Praxis zu den komplizierteren und gerne vernachlässigen Problemstellungen innerhalb der Bildverarbeitung.

Bildverarbeitungssysteme bestehen meist aus einer Kamera bzw. einem Sensor und entsprechendem Objektiv und einer Verarbeitungseinheit, was gleichbedeutend mit einem PC und entsprechender Software ist. Neben diesen Komponenten, darf die Beleuchtung nicht fehlen, die eine entscheidende Rolle spielt. Nachdem mit der „Bildverarbeitung“ nicht das Objekt selber geprüft wird, sondern nur ein visualisiertes Abbild, müssen stabile und reproduzierbare Bedingungen vorliegen, um ein gleichbleibendes Abbild eines identischen Objektes zu erhalten. (Bild 1) Dies beinhaltet auch eine entsprechend stabile Beleuchtung, denn z.B. schwankende Beleuchtungssituationen halten strengen Qualitätskriterien nicht Stand.

Nur wen es gelingt die gewünschten Prüfmerkmale mit genügend Kontrast darzustellen, kann anschließend die Bearbeitungssoftware eine entsprechende Auswertung liefern.


Anwendung

Es gibt eine Reihe an Prüfobjekten die eine spezielle Form der Beleuchtung erfordern. Nehmen sie eine transparente Flüssigkeit mit einer transparenten Zelle, das ist sinnbildlich die weiße Maus auf dem weißen Papier. Prüfobjekt und Merkmale sind also aus gleichem, noch dazu durchsichtigem Material. Aber auch z.B. Kratzer auf einer metallischen Oberfläche bringen meist keine weiteren Veränderungen als eine Vertiefung mit sich, aber auch diese will erkannt werden.

Eine Schlüsselrolle fällt dabei dem Licht mit seiner Wechselwirkung in einer Dreierkette von Beleuchtung, Objekt und Kameraeinheit zu.

Beleuchtung vs. Bildverarbeitung

Meist ermöglicht erst die perfekte Ausnutzung der Eigenschaften von Lichtquelle, Prüfobjekt und Kameraeinheit die Lösung von schwierigen Anwendungen.

Entscheidende Eigenschaften sind u.a.:

- Licht: Wellenlänge (Farbe), direkte oder indirekte Beleuchtung, polarisiert oder unpolarisiert, Einfallswinkel

- Objekt: Material, Oberfläche, Geometrie, Farbe

- Kameraeinheit: Auflösung, Empfindlichkeit, monochrom oder Farbe, CCD oder CMOS

In Ausnahmefällen werden die Objekte auch eingefärbt oder ihnen UV-aktive Farbstoffe beigemischt.


Lichtquellen

Das einzusetzende Licht kann auf unterschiedliche Arten erzeugt werden. Ja nach Problemstellung, Lichtbedarf, Objektgröße und Einbau wird meist verwendet:

- LED-Beleuchtung

- Metall-Halid-Leuchtquelle (Kaltlichtquelle mit Glasfaserübertragung)

- Laser-Beleuchtung

- Fluoreszenzlicht (Hochfrequenz)

- Halogenglühlampen


Farbe

Meistens ist weißes Licht im Einsatz, allerdings wird für spezielle Anwendung auch mit Farbe gearbeitet. Häufig findet z.B.  Rot Verwendung.


Beleuchtungstechniken

Auch der Einfallswinkel des Lichtes auf das Objekt beeinflusst das Ergebnis. Man spricht von verschiedenen Techniken wie z.B. Auflicht oder Durchlicht, direktes oder diffuses Licht, Hell- oder Dunktelfeldbeleuchtung.

  • Direktes Auflicht – ein Ringlicht leuchtet direkt auf das Objekt (parallel zur optischen Achse) Das Bild erscheint homogen. (Bild 1)
  • Diffuse Hellfeld-Beleuchtung – das Bild erscheint homogener. Ein großer Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund ist vorhanden. Nachteil ist, das bei einer glänzenden Oberfläche diese überstrahlt wird. (Bild 2)
  • Diffuse Dunkelfeld-Beleuchtung – das Licht strahlt über ein Ringlicht in einem schrägen Winkel auf das Objekt und dadurch sind mehr Detail sichtbar, zudem treten so gut wie keine Schatten auf. (Bild 3)
  • Dunkelfeld-Beleuchtung –  das Licht fällt in einem flachen Winkel auf das Objekt und ober Kanten oder Bereiche werden dadurch besser sichtbar. (Bild 4)
  • Durchlichtverfahren – Licht wird von der Rückseite des Objektes in Richtung der Kamera gerichtet. Nur wo kein Hindernis ist, scheint das Licht durch bzw. können Transparente Objekte in einem anderen Blickwinkel dargestellt werden. (Bild 5)


Jeder dieser fünf unterschiedlichen Beleuchtungstechniken führt zu einem anderen Ergebnis.

Beleuchtungstechniken

 

 


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