Grundlagen:
In der industriellen Bildverarbeitung kommen eine Vielzahl von Beleuchtungen
zum Einsatz. Ziel dieser ist es, die zu prüfenden Kriterien sicher und kontrastreich
hervorzuheben.
Der Hauptaspekt auf der Suche einer geeigneten Beleuchtung liegt in der Wahl
zwischen Auflichtbeleuchtung oder Durchlichtbeleuchtung.
Durchlichtbeleuchtung:
Bei der Durchlichtbeleuchtung befindet sich der Prüfling zwischen Beleuchtung
und Sensor, d. h. es wird ein Schattenbild mit hoher Kantenschärfe und gutem Kontrast
des zu prüfenden Teils auf der Sensoroberfläche abgebildet. Daraus folgt, dass nur die
äußeren Konturmerkmale des Prüflings bewertet werden können. Diese Beleuchtungsart
wird normalerweise mit großflächigen, diffusen Leuchtfeldern realisiert und findet
Einsatz z. B. bei der Typ- oder Lageerkennung von Schüttgutteilen sowie bei der
Vermessung von Konturgeometrien.
Vereinzelt wird bei hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit mit telezentrischen
Durchlichtbeleuchtungen gearbeitet. Diese besitzen den Vorteil eines gerichteten
Strahlenganges. Die Objektkanten werden bei dieser Art der Beleuchtung nicht verzerrt.
Es entsteht eine sehr scharfe Abbildung der Objektkante. Allerdings erzielen
telezentrische Beleuchtungen nur den gewünschten Effekt in Verbindung mit
telezentrischen Objektiven. Da dies aufgrund der großen Gehäuseabmessungen
der Objektive und Beleuchtungen sehr platzraubend und zudem noch sehr kostenintensiv
ist, werden solche Applikationen in der industriellen Bildverarbeitung nur für sehr
genaue Messaufgaben realisiert.
Mehr zur Telezentrie erfahren Sie im Katalogteil "Optische Komponenten für die Bildverarbeitung".
Auflichtbeleuchtung:
Bei der Auflichtbeleuchtung unterscheidet man wiederum in die zwei Arten der
Hellfeld- oder der Dunkelfeldbeleuchtung. Beide Arten werden normalerweise durch
den Einsatz von Ringleuchten realisiert, wobei sie sich in der Anordnung der
Beleuchtungskomponenten (Eintrittswinkel des Lichtes) zum Sensor und zum Prüfobjekt
unterscheiden.
Hellfeldbeleuchtung
Bei der Hellfeldbeleuchtung erfolgt ein möglichst paralleler Strahlengang zur
optischen Achse (optimale Anordnung ist eine am Objektiv eingespiegelte Beleuchtung),
d. h. das Gesichtsfeld wird von der Lichtquelle direkt beleuchtet, ist daher hell.
Homogene Objekte werden hell dargestellt, Fehler(Risse, Kratzer) dunkel.
Dunkelfeldbeleuchtung
Bei Anwendung der Dunkelfeldbeleuchtung fällt das Licht seitlich schräg oder flach
auf die zu prüfende Fläche. Das Gesichtsfeld wird nicht direkt beleuchtet
(bleibt dunkel). Sich von der Prüffläche abhebende Kriterien (Risse, Kratzer)
werden hell dargestellt.
Während Durchlichtbeleuchtungen meistens mit diffusen (weißen) Streuscheiben
ausgerüstet sind, arbeiten Auflichtbeleuchtungen z.B. mit klaren und diffusen
(mattierten) Scheiben oder Fresnellinsen. Durch den Vorsatz solcher Scheiben
kann die Lichtverteilung erheblich beeinflusst werden. Während klare Scheiben
eine stark gerichtete Beleuchtung garantieren, erreicht man mit Diffusoren eine
sehr große Homogenität auf der zu beleuchtenden Fläche.
Einen besonderen Effekt erzielt man durch den Einsatz von Fresnellinsen.
Diese fokussieren das Licht auf einen bestimmten Arbeitsabstand.
Dadurch wird eine höhere Leuchtkraft auf einem eingeschränkten Bereich erzielt.
:: Warum LED–Beleuchtung?
Ein wichtiges Kriterium für die Wahl der richtigen Beleuchtung ist die Art der Lichtquelle. Vorwiegend Verwendung finden Halogenlampen, Gasentladungs-lampen, Leuchtstofflampen, Kaltlichtquellen mit Halogen-, Metalldampf- oder Xenon-Leuchtmitteln sowie LED-Beleuchtungen.
Der industrielle Einsatz schränkt viele der oben genannten Lichtquellen in ihrer Verwendungsfähigkeit ein (große Bau- formen, kurze Lebensdauer, nur als Weißlicht verfügbar).
Hervorgehoben haben sich Beleuch-tungen mit LED. Sie bestechen vor allem durch:
- lange Lebensdauer (ca. 50.000 h)
- Robustheit, insbesondere bei Erschütterungen
- geringe Helligkeitsverluste über die gesamte Lebensdauer (ca. 20 %); im Vergleich zu Glühlampen mit ca. 60 % am Ende ihrer Lebensdauer
- kleine Bandbreite (lässt Hervorheben bestimmter Eigenschaften, insbesondere farbiger zu)
- geringe Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung
- Möglichkeit zur Blitzbeleuchtung für schnell bewegte Teile
- Anordnung zu beliebigen Bauformen
- kein Wartungsaufwand
Nachteile von LED - Beleuchtungen sind der höhere Preis, der durch die lange Lebensdauer aber mehr als kompensiert wird sowie eine Einbuße der Lichtstärke gegenüber Gasentladungs- oder Halogenlampen.