Linienbeleuchtungen für die Bahninspektion: Maximierung des Durchsatzes in der kontinuierlichen Produktion

Linienbeleuchtungen für die Bahninspektion

• Eine hohe Intensität passt zu den kurzen Belichtungszeiten von Zeilenscan-Kameras.
• Hellfeld-, Dunkelfeld- und Durchlichtgeometrien erkennen unterschiedliche Fehler.
• Eine präzise optische Gleichmäßigkeit verhindert Pseudofehler über die gesamte Bahnbreite.
• Eine stabile Lichtleistung sichert die Qualität bei langen Produktionszyklen.
• Abgedeckt durch die RODER-LED-Beleuchtungen DL5, DL6, BL3 und FD2.

Die Bahninspektion läuft mit hoher Geschwindigkeit in kontinuierlicher Produktion. Papier, Film, Folie, Textilien und Vliesstoffe bewegen sich als breite, endlose Bahn. Daher sind Zeilenscan-Kameras die natürliche Wahl für diese Aufgabe. Diese Kameras stellen jedoch sehr strenge Anforderungen an die Beleuchtung. Diese Seite erklärt diese Anforderungen und listet die passenden RODER-Vision-Beleuchtungen auf.

Das Ziel ist ein konstantes, gleichmäßiges und stabiles Licht über die gesamte Bahnbreite. Dadurch heben sich reale Fehler ab, während Fehlsignale gering bleiben. Zudem muss das System diese Leistung über Stunden oder sogar Tage aufrechterhalten. Folglich hängen sowohl der Durchsatz als auch die Qualität von der Linienbeleuchtung ab.

Anforderungen an die Zeilenkamera-Beleuchtung

Zeilenscan-Kameras arbeiten mit Zeilenfrequenzen von wenigen Kilohertz bis über 100 kHz. Daher ist jede Zeilenbelichtung extrem kurz. Bei 50 kHz wird beispielsweise jede Zeile für etwa 20 Mikrosekunden belichtet. Bei 100 kHz sinkt dieser Wert auf rund 10 Mikrosekunden.

Dieses kurze Zeitfenster hat eine klare Konsequenz. Genauer gesagt muss das Licht bei jeder kurzen Belichtung genügend Photonen liefern. Andernfalls bleibt das Bild dunkel und verrauscht. Daher benötigen Linienbeleuchtungen für die Bahninspektion eine sehr hohe Intensität entlang eines schmalen Streifens. Als Ergebnis erreicht die Kamera auch bei voller Geschwindigkeit den gewünschten Grauwert.

Linienlicht-Geometrie für die Bahninspektion

Die Beleuchtungsgeometrie der Linienbeleuchtung entscheidet, welche Fehler sichtbar werden. In der Praxis werden drei grundlegende Geometrien verwendet. Dies sind Hellfeld-, Dunkelfeld- und Durchlichtbeleuchtung. Jede davon zeigt eine andere Fehlerklasse, sodass die Wahl vom Zielfehler abhängt.

Hellfeld-Beleuchtung

Im Hellfeldmodus reflektiert das Licht direkt in die Kamera. Daher erscheint eine flache, intakte Oberfläche hell und gleichmäßig. Ein Kratzer oder eine Vertiefung streut das Licht jedoch vom Objektiv weg. Als Folge erscheint dieser Fehler dunkel auf einem hellen Hintergrund. Diese Geometrie eignet sich für allgemeine Oberflächenprüfungen auf glatten Bahnen.

Dunkelfeld Beleuchtungsstärke

Der Dunkelfeldmodus nutzt stattdessen einen flachen Einstrahlwinkel. Folglich reflektiert eine glatte Oberfläche das Licht weg und erscheint dunkel. Erhabene Kanten, Prägungen und Partikel streuen das Licht jedoch zurück in das Objektiv. Daher leuchten diese Merkmale hell auf. Diese Geometrie eignet sich hervorragend für feine Oberflächenstrukturen und kleine, erhabene Fehler.

Durchlichtbeleuchtung für transparente und transluzente Bahnen

Einige Bahnen lassen Licht durch. Transparente Folie, dünnes Papier, Gewebe und Vliesstoffe (Nonwovens) sind typische Beispiele. Für diese bietet Durchlicht den besten Kontrast. Hier befindet sich die Linienbeleuchtung unter der Bahn und die Kamera darüber. Daher zeigen sich Dickenschwankungen, Löcher, Einschlüsse und Verunreinigungen als Helligkeitsunterschiede.

Gleichmäßigkeit über die gesamte Bahnbreite

Die optische Gleichmäßigkeit ist die kritischste Spezifikation für Bahn-Linienbeleuchtungen. Jede Helligkeitsänderung entlang der Linie erscheint im Bild. Folglich zeigt sie sich als Grauwertänderung über die gesamte Bahnbreite. Diese Scheinvariation kann reale Fehler verbergen. Ebenso kann sie Fehlalarme über das gesamte Profil auslösen.

Daher muss die Beleuchtung von Ende zu Ende gleichmäßig bleiben. Eine Linienbeleuchtung mit hoher optischer Gleichmäßigkeit hält den Hintergrund flach. Dadurch kann die Fehlerschwelle eng eingestellt werden. Im Gegenzug erkennt das System kleine Fehler, ohne den Fehlausschuss zu erhöhen.

Synchronisation: Dauerbetrieb vs Stroboskopbetrieb

Zeilenscansysteme nutzen meist eine kontinuierliche Beleuchtung. In diesem Modus bestimmt die Integrationszeit der Kamera die Belichtung. Währenddessen bleibt das Licht einfach an. Daher ist kein Kameratrigger-Signal für die Beleuchtung erforderlich, was den Aufbau einfach hält.

Der Dauerbetrieb stellt jedoch hohe Anforderungen an die Stabilität. Genauer gesagt muss die Lichtleistung über den gesamten Durchlauf hinweg konstant bleiben. Dieser Durchlauf kann bei großen Rollen Stunden oder Tage dauern. Für sehr hohe Geschwindigkeiten ist der Stroboskopbetrieb eine Alternative. Dann pulst das Licht im Takt mit jeder Zeile, was schnelle Bewegungen einfriert.

Auswahl der Wellenlänge für Bahnmaterialien

Die beste Wellenlänge hängt von der Bahn und dem Fehler ab. Für die meisten opaken Bahnen funktioniert rotes oder Nahinfrarot-Licht (NIR) gut. Typischerweise deckt dies den Bereich von 625 nm bis 850 nm ab. Da Silizium-Bildsensoren hier stark ansprechen, bleibt das Signal-Rausch-Verhältnis hoch.

Diese Wahl hat einen zweiten Vorteil. Genauer gesagt reduzieren längere Wellenlängen die Sichtbarkeit der Bahntextur. Dadurch werden subtile Oberflächenfehler nicht durch das Materialmuster maskiert. Für andere Aufgaben kann blaues oder weißes Licht einen besseren Kontrast liefern. Daher sollte die Wellenlänge auf den Fehlertyp abgestimmt sein.

Thermische Stabilität bei langen Produktionslaufzeiten

Lange Durchläufe bergen ein verstecktes Risiko. Wenn sich die LEDs erwärmen, neigt ihre Lichtleistung zur Drift der Intensität. Folglich kann sich der Grauwert während der Inspektion ändern. Daher ist ein Wärmemanagement für stabile Ergebnisse unerlässlich.

Die Linienbeleuchtungen von RODER Vision beinhalten die Wärmemanagement-Technologie HTTM©. Das HTTM-System steuert die LED-Sperrschichttemperatur ab dem Einschalten. Daher erreicht das Gerät schnell das Gleichgewicht und hält eine stabile Lichtleistung. Dadurch ist keine Aufwärmverzögerung erforderlich und die Helligkeit bleibt während des gesamten Durchlaufs konstant.

RODER-Vision-Beleuchtungsfamilien für die Bahninspektion

Die folgenden Familien eignen sich für die Zeilenscan-Bahninspektion in kontinuierlicher Produktion. Jede davon bietet eine hohe Intensität, eine präzise optische Gleichmäßigkeit und eine stabile Lichtleistung. Daher hängt die richtige Wahl von der Geometrie und dem Bahnmaterial ab.

Serie DL5 — Hochintensive LED-Matrixbeleuchtungen

Hochintensive Matrixbeleuchtung mit niedrigem Profil und hoher optischer Gleichmäßigkeit. Daher liefert sie den hellen, gleichmäßigen Streifen, den schnelle Zeilenscan-Kameras benötigen. Geeignet für Hellfeld- und Dunkelfeld-Anordnungen.

Serie DL6 — Hochdichte LED-Matrixbeleuchtungen

Hochdichte Matrix mit MCCD©-Treiber und HTTM©-Wärmeregelung. Folglich bietet sie eine sehr hohe Lichtleistung bei stabiler Performance über lange Zyklen. Ideal für Hochgeschwindigkeits-Zeilenscan-Anwendungen.

Serie BL3 — Robuste Durchlichtbeleuchtungen für Durchlicht

Robuste diffuse Durchlichtbeleuchtung mit Gleichmäßigkeit von Rand zu Rand. Daher eignet sie sich für die Durchlichtinspektion von transparenter Folie, dünnem Papier und Vliesstoffen. Sie macht Löcher und Dickenschwankungen deutlich sichtbar.

Serie FD2 — Flachdom-Beleuchtungen

Flachdom-Beleuchtung mit verbesserter optischer Gleichmäßigkeit für reflektierende Oberflächen. Daher dämpft sie Reflexionen auf glänzenden Folien und beschichteten Papieren. Als Ergebnis liefert sie gleichmäßiges, diffuses Licht für schwierige Bahnoberflächen.

Die richtige Wahl geht immer vom Fehler und vom Material aus. Für opake Oberflächenfehler eignen sich die DL5 und DL6 Matrixbeleuchtungen am besten. Transparente Bahnen bevorzugen hingegen die BL3 Durchlichtbeleuchtung, die einen starken Durchlichtkontrast liefert. Glänzende Oberflächen verlangen nach der FD2 Flachdom-Beleuchtung, da sie Reflexionen reduziert. In jedem Fall bietet RODER Vision technische Unterstützung, um die Beleuchtung auf die Bahnbreite und die Kamera abzustimmen. Definieren Sie daher zuerst die Geschwindigkeit, die Bahn und den Fehler und wählen Sie dann die passende Beleuchtung aus.

Häufig gestellte Fragen

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