Bildverarbeitungsbeleuchtung für die Inspektion von Glas und transparenten Materialien

Bildverarbeitungsbeleuchtung für Glas und transparente Materialien

• Durchlicht im Transmissionsmodus macht interne Blasen, Einschlüsse und den Füllstand sichtbar.
• Reflexion und Dunkelfeld machen Kratzer und Mikrodefekte sichtbar.
• Randbeleuchtung und SWIR finden Risse und verborgene Verschmutzungen.
• Polarisiertes Licht deckt interne Spannungen vor dem Bruch auf.
• Abgedeckt durch die Produktfamilien RODER Vision BL3, BL4, BL2 und BL1.

Glas und transparente Materialien sind die letzte Grenze der industriellen Bildverarbeitung. Im Gegensatz zu opaken Objekten lassen sie Licht durch, brechen es und polarisieren es. Daher ist eine hochauflösende Kamera allein nicht ausreichend. Stattdessen hängt der Erfolg von der richtigen Beleuchtungsstrategie ab. Diese Seite erklärt die wichtigsten Verfahren für die Prüfung transparenter Objekte und verlinkt auf die passenden RODER-Produkte.

Die Anforderungen sind in allen Branchen extrem hoch. So fordern beispielsweise pharmazeutische Fläschchen (Vials), Autowindschutzscheiben und optische Linsen eine Null-Fehler-Qualität. Folglich entscheidet die Beleuchtung darüber, ob ein kritischer Fehler erkannt oder übersehen und ausgeliefert wird. Daher müssen Beleuchtungsgeometrie, Wellenlänge und Polarisation sorgfältig ausgewählt werden.

Die einzigartigen Herausforderungen bei der Prüfung transparenter Materialien

Glas ist darauf ausgelegt, Licht durchzulassen. Daher ist eine Standard-Frontbeleuchtung nahezu nutzlos. Zudem treten bei jedem transparenten Bauteil drei Probleme wiederkehrend auf. Konkret betreffen diese Reflexion, Kontrast und Refraktion.

• Spiegelnde Reflexion: Polierte Oberflächen erzeugen Hotspots (Glanzpunkte), die den Sensor blenden.
• Geringer Kontrast: Transparente Blasen und Kratzer haben die gleiche Farbe wie der Hintergrund.
• Brechung: Gekrümmtes Glas lenkt das Licht ab und täuscht fehlerhafte Stellen vor.

Transmissionsmodus: Durchlicht für interne Defekte

Der Transmissionsmodus ist der gebräuchlichste und effektivste Aufbau. Hierbei befindet sich eine gleichmäßige LED-Durchlichtbeleuchtung direkt hinter dem Objekt. Folglich arbeitet das System mit Lichtundurchlässigkeit (Lichtabschattung). Daher hebt sich jede interne Verunreinigung deutlich ab.

Wenn das Licht das Glas durchdringt, wird es durch einen Stein, einen Einschluss oder eine Blase blockiert. Infolgedessen erscheint der Fehler als dunkler Fleck auf einem hellen Feld. Die Software löst daraufhin einen sofortigen Ausschuss aus. Zudem ist dies das Standardverfahren für Füllstands- und Fremdkörperkontrollen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.

Reflexionsmodus: Beschichtungen und Oberflächenkratzer

Während der Transmissionsmodus durch das Glas hindurchblickt, analysiert der Reflexionsmodus die Oberfläche. Daher eignet sich der Reflexionsmodus für Beschichtungen und feine Kratzer, die nicht durch die gesamte Materialstärke verlaufen. Beispielsweise erfordern entspiegelte (Antireflex-) und hydrophobe Schichten diesen Ansatz.

Das Licht trifft in einem gewählten Winkel auf die Oberfläche. Folglich erfasst die Kamera den reflektierten Strahl. Jede Unterbrechung der Beschichtung oder jeder Kratzer verändert sodann das Muster. Als Ergebnis zeigt sich der Fehler als helles Aufleuchten oder als dunkle Leerstelle.

Dunkelfeld für Einschlüsse und Mikroblasen

Manchmal sind Fehler kleiner als 0,1 mm. In diesem Fall kann ein einfaches Durchlicht sie überstrahlen. Daher ist die Dunkelfeldbeleuchtung das bessere Werkzeug. Hierbei befindet sich die Lichtquelle in einem flachen Winkel, sodass das direkte Licht am Objektiv vorbeigeht.

Bei fehlerfreiem Glas sieht die Kamera ein schwarzes Bild. Eine Mikroblase oder ein Einschluss streut jedoch das Licht in das Objektiv. Dadurch leuchtet der Defekt hell vor einem tiefschwarzen Hintergrund auf. Folglich eignet sich diese Methode hervorragend für die hochpräzise optische Prüfung.

Randbeleuchtung für flache Glasplatten

Große flache Platten eignen sich für die Randbeleuchtung, auch Seitenbeleuchtung genannt. Hierbei wird das Licht von den Seiten in die Glasstärke eingekoppelt. Aufgrund der totalen internen Reflexion bleibt das Licht in der Platte gefangen.

Ein Riss, eine Abplatzung oder eine geätzte Markierung stört jedoch diese Reflexion. Daher entweicht das Licht genau an dieser Stelle. Infolgedessen leuchtet die Fehlstelle hell auf. Folglich findet das System strukturelle Risse, die zu einem Bruch führen könnten.

SWIR und polarisiertes Licht für verborgene Fehler

Einige Fehler bleiben für das Auge und für Standard-Bildsensoren unsichtbar. Daher arbeitet die Kurzwellen-Infrarot-Bildgebung (SWIR) im Bereich von 900 bis 1700 nm. Sie blickt beispielsweise durch Kunststoffe, die für sichtbares Licht undurchlässig sind. Zudem erkennt sie Feuchtigkeit oder Flüssigkeitsstände durch dunkles Glas sowie bestimmte infrarotreaktive Beschichtungen.

Interne Spannungen sind ein weiteres verborgenes Risiko. Da Glas eine erstarrte Flüssigkeit ist, baut ein schnelles Abkühlen Spannungen auf. Folglich können diese Spannungen das Bauteil später bersten lassen. Polarisiertes Licht macht sie jedoch sichtbar. Wenn man das Glas zwischen gekreuzte Polarisatoren bringt, erscheinen die Spannungen als farbige Streifen (Interferenzstreifen). Infolgedessen werden unter hoher Spannung stehende Teile vor der Montage aussortiert.

RODER Vision-Produkte für diese Anwendung.

Die Prüfung transparenter Materialien basiert vor allem auf gleichmäßigen und stabilen Durchlichtbeleuchtungen. Daher sind die vier unten aufgeführten Durchlichtserien die empfohlenen Optionen. Jede bietet eine hohe Gleichmäßigkeit, eine stabile Stromregelung (Stromstabilisierung) und robuste Gehäuse.

Serie BL3 — Robuste Durchlichtbeleuchtungen mit hoher Uniformität

Robuste diffuse Durchlichtbeleuchtung von 100×100 bis 500×500 mm mit Gleichmäßigkeit von Rand zu Rand. Sie eignet sich daher für die Durchlichtinspektion von Flaschen, Vials und transparenten Bauteilen. Erhältlich in Weiß, Blau, Grün, Rot und Infrarot.

Serie BL4 — Skalierbare großformatige Durchlichtbeleuchtungen

Modulare Großformat-Durchlichtbeleuchtung ab 100 mm Kacheln, anpassbar auf bis zu 1000×1000 mm. Folglich deckt sie breite, flache Glasplatten mit gleichmäßigem Durchlicht ab.

Serie BL2 — Kompakte Durchlichtbeleuchtungen mit integriertem Treiber

Kompakte Flächenleuchte von 50×50 bis 300×300 mm mit integriertem Treiber und PWM-Dimmen. Daher eignet sie sich für Kanten- und Fremdkörperprüfungen im Subpixelbereich an kleinen Vials und Linsen.

Serie BL1 — Durchlichtbeleuchtungen mit ultrahöher Intensität

Hochdichte LED-Matrix, die eine sehr hohe Lichtleistung liefert. Daher durchdringt sie dichtes oder getöntes Glas für anspruchsvolle Durchlichtinspektionen, ausgestattet mit MCCD©- und HTTM©-Technologie.

Oberflächen-, Kratzer- und Spannungsprüfungen erfordern andere Betriebsmodi. Daher unterstützt RODER auch Reflexions-, Dunkelfeld- und Polarisationsaufbauten. Verwenden Sie für diese Anwendungen LED-Ringbeleuchtungen, LED-Lichtleisten sowie dedizierte optische Filter und Polarisationsfilter. Über die Katalogoptionen hinaus bietet RODER Vision technische Unterstützung für SWIR und kundenspezifische Geometrien. In der Praxis verwandelt das richtige Verfahren unsichtbare Glasfehler in klare Signale. Definieren Sie daher zuerst den Fehler und das Material und wählen Sie anschließend die passende Beleuchtung.

Häufig gestellte Fragen

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