In der industriellen Automatisierung gelten Glas und transparente Materialien oft als die „letzte Grenze“ der industriellen Bildverarbeitung. Während opake Teile das Licht einfach reflektieren, lassen transparente Substrate es durch, brechen es und polarisieren es. Das Erreichen einer 100%igen Qualitätsquote erfordert weit mehr als eine hochauflösende Kamera; es erfordert ein tiefes Verständnis der Bildverarbeitungsbeleuchtung für die Inspektion von Glas und transparenten Materialien.
Von pharmazeutischen Vials bis hin zu Fahrzeugwindschutzscheiben entscheidet die gewählte Beleuchtungsstrategie darüber, ob ein kritischer Fehler erkannt wird oder ein defektes Produkt zum Kunden gelangt.
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Was die Inspektion von Glas und transparenten Materialien so schwierig macht
Die Hauptschwierigkeit bei Glas liegt in seinem optischen Verhalten. Glas ist darauf ausgelegt, Licht direkt durchzulassen, wodurch standardmäßige Auflichttechniken nahezu nutzlos werden.
Ingenieure stoßen dabei auf drei große Hindernisse:
- Spiegelnde Reflexion: Hochglanzpolierte Oberflächen erzeugen „Hotspots“, die den Kamerasensor blenden.
- Geringer Kontrast: Fehler wie transparente Blasen oder Kratzer weisen dieselbe Farbe wie der Hintergrund auf.
- Brechung: Die gewölbte Form vieler Glasobjekte (beispielsweise Flaschen) bricht das Licht und erzeugt optische Verzerrungen, die fälschlicherweise als Defekte interpretiert werden.
Durchlichtmodus: Durchlichtverfahren zum Auffinden interner Defekte
Die am weitesten verbreitete und zuverlässigste Anordnung für transparente Materialien ist der Durchlichtmodus. Die Platzierung einer gleichmäßigen LED-Durchlichtbeleuchtung, wie der Serie BL3 von RODER, direkt hinter dem Objekt ermöglicht dem System das Arbeiten nach dem Prinzip der Lichtokklusion.
Wenn das Licht das Glas durchdringt, wird es durch jede interne Verunreinigung — einen Stein, einen metallischen Einschluss oder eine größere Blase — blockiert oder gestreut. Dies erzeugt einen kontrastreichen dunklen Fleck auf einem hellen weißen Feld, sodass die Bildverarbeitungssoftware sofort einen Fehler („Fail“) meldet. Es ist der Goldstandard zur Überprüfung von Flüssigkeitsfüllständen und zur Erkennung von Verunreinigungen in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion.
Reflexionsmodus: Erkennung von Beschichtungen und Oberflächenkratzern
Während das Durchlichtverfahren durch das Glas hindurchblickt, untersucht der Reflexionsmodus dessen Oberfläche. Diese Technik ist entscheidend für die Prüfung spezieller Beschichtungen (beispielsweise Entspiegelungs- oder hydrophobe Schichten) sowie für das Erfassen feiner Oberflächenkratzer, die nicht durch die gesamte Materialstärke dringen.
Durch Einstellen des Lichts auf einen spezifischen Einfallswinkel erfasst die Kamera das von der Oberfläche reflektierte Licht. Jede Unterbrechung der Beschichtung oder ein physischer Kratzer verändert das Reflexionsmuster, sodass der Defekt als heller Glanzpunkt oder dunkler Hohlraum sichtbar wird.
Dunkelfeldbeleuchtung für Einschlüsse und Mikroblasen
Wenn Defekte kleiner als 0,1 mm sind, kann gewöhnliches Durchlicht den Fehler „überstrahlen“. Hier spielt die Dunkelfeldbeleuchtung ihre Stärken aus. Bei einem Dunkelfeldaufbau befindet sich das Licht in einem flachen Winkel, sodass es niemals direkt in das Kameraobjektiv gelangt.
Bei einem einwandfreien Glasstück sieht die Kamera nur Schwarz. Ist jedoch eine Mikroblase oder ein kleiner Einschluss vorhanden, streut diese das Licht in das Objektiv, und der Defekt leuchtet hell vor einem tiefschwarzen Hintergrund auf. Diese Methode ist unübertroffen für die hochpräzise Inspektion optischer Komponenten.
Kantenbeleuchtungstechniken für Flachglasplatten
Für große, flache Glasplatten ist die Kantenbeleuchtung (oder Seiteneinspeisung) ein äußerst effizienter Ansatz. Licht wird von den Seiten in die Dicke des Glases eingekoppelt und bleibt dank der Totalreflexion (TIR) im Inneren der Glasstruktur gefangen.
Wenn sich ein Riss, ein Abplatzer oder eine lasergravierte Markierung auf der Oberfläche befindet, wird die Totalreflexion gestört und das Licht tritt genau an diesem Punkt aus. Der Defekt leuchtet hell auf, sodass das Bildverarbeitungssystem strukturelle Risse leicht erkennen kann, die andernfalls zu katastrophalen Brüchen führen könnten.
SWIR für die Transmissionsinspektion im kurzwelligen Infrarot
Manchmal bleiben die gefährlichsten Defekte für das menschliche Auge und Standard-CMOS-Sensoren unsichtbar. Beleuchtung und Bildverarbeitung im kurzwelligen Infrarot (SWIR) ermöglichen die Inspektion im Bereich von 900 nm bis 1700 nm.
SWIR ist besonders nützlich für:
- Die Inspektion opaker Kunststoffe, die im IR-Spektrum transparent werden.
- Das Ablesen von Feuchtigkeits- oder Flüssigkeitsständen durch dunkles Glas.
- Das Identifizieren spezifischer chemischer Beschichtungen, die nur auf Infrarot-Wellenlängen reagieren.
Polarisiertes Licht für die Spannungsauswertung mittels Doppelbrechung
Glas ist eine „erstarrte Flüssigkeit“. Wird es zu schnell abgekühlt oder unsachgemäß gehandhabt, bauen sich innere Spannungen auf. Diese Spannungen bleiben unter normalem Licht unsichtbar, können jedoch dazu führen, dass das Glas von selbst zerspringt.
Mit polarisiertem Licht können Hersteller eine Spannungsauswertung mittels Doppelbrechung durchführen. Wird das Glas zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern platziert, wandeln sich innere Spannungsmuster in farbige Fransen oder Regenbogenbänder um. Dadurch kann die Qualitätskontrolle Bauteile mit hoher struktureller Spannung ausschleusen, bevor sie überhaupt die Montagelinie erreichen.
RODER Vision Lösungen für die Inspektion von Glas und optischen Komponenten
Bei RODER wissen wir, dass jede Herausforderung bei der Glasinspektion ein individuelles Rätsel darstellt. Unsere Serie Vision BL3 und spezialisierte optische Beleuchtungen sind darauf ausgelegt, die Gleichmäßigkeit, Stabilität und spektrale Reinheit zu liefern, die schnelle industrielle Umgebungen fordern.
Egal, ob Sie die Maßhaltigkeit einer Linse auf ±0,05 mm genau messen oder 0,3 mm große Blasen in medizinischen Vials aufspüren: Unsere Beleuchtungslösungen legen den Grundstein für ein robustes Bildverarbeitungssystem mit Null-Fehler-Qualität.
Produkte und Technologien
Kontakte & Informationen
Kontakt für allgemeine Informationen : info@roder.it
Partner für System- und Sensorintegration : www.roder.it
RODER Bildverarbeitungs-Abteilung : www.rodervision.com
RODER Abteilung Messinstrumente : www.innovacheck.com
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