Durchlichtbeleuchtung

Die Durchlichtbeleuchtung zählt zu den ältesten und zuverlässigsten Verfahren der industriellen Bildverarbeitung. Indem die LED-Quelle hinter dem geprüften Objekt platziert und die Silhouette von der gegenüberliegenden Seite aufgenommen wird, isoliert das entstehende Bild die geometrische Kontur des Teils mit maximalem Kontrast und minimaler Abhängigkeit von Oberflächengüte, Materialfarbe oder Schwankungen des Umgebungslichts. Es ist das Verfahren der Wahl, wann immer sich die Prüfaufgabe auf die Analyse der äußeren oder inneren Kontur eines Objekts zurückführen lässt. Diese Seite ist die technische Referenz für die Durchlichtgeometrie und der Einstieg zu den Durchlicht-Produktfamilien von RODER Vision sowie zu den Anwendungen, in denen sie eingesetzt werden.

Funktionsprinzip der Durchlichtbeleuchtung

In einer Durchlichtkonfiguration befindet sich die LED-Beleuchtung auf der dem Objekt gegenüberliegenden Seite der Kamera. Das Licht wandert vom Panel nach oben oder zur Seite, abhängig von der Systemausrichtung.

Das Licht verhält sich je nach Objekt unterschiedlich:

• Undurchsichtige Objekte: Das Licht passiert sie außen herum, um eine scharfe Silhouette zu erzeugen.
• Transluzente und transparente Objekte: Das Licht geht durch sie hindurch. Dies macht interne Defekte und eingeschlossenes Material sichtbar.

Die Kamera erfasst nur die Photonen, die ihren Sensor erreichen. Dies erzeugt einen binärähnlichen Kontrast zwischen einem hellen Hintergrund und einem dunklen Objekt. Folglich vereinfacht dieser hohe Kontrast die nachfolgende Bildverarbeitung drastisch.

Vorteile und Robustheit

Der Durchlichtkontrast hängt fast vollständig von der geometrischen Verdeckung ab. Er verlässt sich nicht auf die optischen Eigenschaften der Objektoberfläche.

Aus diesem Grund sind Durchlichtbilder bemerkenswert unempfindlich gegenüber mehreren häufigen visuellen Störfaktoren:

• Materialfarbe und Oberflächenbeschaffenheit.
• Oberflächenkontamination.
• Umgebungslicht.

Diese extreme Robustheit ist für industrielle Anwendungen unschätzbar wertvoll. Sie ist der Hauptgrund, warum das Durchlichtverfahren die dominierende Technik für die hochpräzise Maßmessung bleibt. Dies gilt trotz der Verfügbarkeit anspruchsvollerer Ansätze.

Diffuse und kollimierte Durchlichtbeleuchtungen

In der industriellen Praxis existieren zwei Familien von Durchlichtbeleuchtungen nebeneinander. Diffuse Durchlichter strahlen über einen weiten Winkelbereich ab und bieten eine fehlertolerante Beleuchtung für Teile, die nicht exakt zur optischen Achse ausgerichtet sind; ihre Kanten im Kamerabild weisen jedoch ein leichtes Überstrahlen auf, verursacht durch Lichtstrahlen, die am Objekt vorbeistreifen. Kollimierte Durchlichter, auch telezentrische Durchlichter genannt, strahlen nur in einem engen, zur optischen Achse parallelen Winkelbereich ab und erzeugen Kanten mit Subpixel-Schärfe, geeignet für anspruchsvollste dimensionelle Messanwendungen. Die Wahl zwischen beiden hängt vor allem von der geforderten Messgenauigkeit und der Tiefe des geprüften Objekts ab. Für kollimierte Durchlichtaufbauten siehe den eigenen Leitfaden Telezentrische Durchlichtbeleuchtung.

Typische industrielle Anwendungen

Die Durchlichtbeleuchtung ist die dominierende Wahl für viele industrielle Inspektionsaufgaben. Sie ist für die folgenden Anwendungen äußerst effektiv:

• Maßmessung: Sie misst gestanzte Metallteile und Kunststoffspritzgusskomponenten. Sie wird auch für bearbeitete Verbindungselemente und Drehteile verwendet.
• Loch- und Schlitzprüfung: Diese Methode überprüft Bereiche, in denen die Geometrie von durchgehenden Merkmalen genau gemessen werden muss.
  
  
• Komponentenverifizierung: Sie überprüft das Vorhandensein oder Fehlen kleiner Komponenten auf Baugruppen.
• Zählen auf Förderbändern: Es zählt Pillen, Kapseln und diskrete Gegenstände, die sich auf Förderbändern bewegen.
• Flascheninspektion: Sie prüft transparente Flaschen auf Füllstände, Fremdkörper und Blasen.
• Pharmazeutische Verpackung: Sie führt eine Profilprüfung von Glasröhren, Spritzen und Fläschchen durch.

Allgemein eignet sie sich für jede Aufgabe, die eine robuste, silhouettebasierte Segmentierung erfordert. Dieser Ansatz bleibt völlig immun gegen Veränderungen auf der Vorderseite des Objekts.

Pharma- und Lebensmittelinspektion

Bei der pharmazeutischen Blisterprüfung ermöglicht eine unter dem Blister platzierte diffuse Durchlichtbeleuchtung in Kombination mit einer oben montierten Kamera den zuverlässigen Nachweis von fehlenden Tabletten, zerbrochenen Tabletten und falsch sitzenden Kapseln. In der Lebensmittel- und Getränkeverpackung kann die Durchlichtprüfung von befüllten Glasflaschen Füllstandsabweichungen, Partikelkontaminationen und beschädigte Flaschenhälse mit Zykluszeiten erkennen, die mit Hochgeschwindigkeits-Produktionslinien kompatibel sind.

Auswahlkriterien und Auslegungsaspekte

Die Auswahl einer Durchlichtbeleuchtung beginnt mit der Größe des inspizierten Objekts. Die aktive Emissionsfläche des Panels muss die größte Abmessung des Objekts um einen ausreichenden Spielraum überschreiten, um die Kantenschärfe über das gesamte Sichtfeld (FOV) aufrechtzuerhalten. Die Intensitätsuniformität über das Panel bestimmt die Konsistenz der Messungen an verschiedenen Positionen; hochgleichmäßige Durchlichtbeleuchtungen sind für jede Anwendung, die eine quantitative Metrologie erfordert, unerlässlich.

Der spektrale Gehalt ist die zweite Entscheidung. Monochromatische rote oder grüne Durchlichtbeleuchtungen minimieren die chromatische Aberration des Objektivs und ermöglichen eine Schmalbandfilterung an der Kamera, während weiße Durchlichtbeleuchtungen eine farbneutrale Bilderfassung bieten, wenn das Silhouettenbild mit einem Farboverlay kombiniert werden muss oder wenn mehrere verschiedene Teile unbekannter Farbe an derselben Station inspiziert werden müssen.

Für Hochgeschwindigkeitslinien muss die Durchlichtbeleuchtung einen Pulsbetrieb unterstützen, der mit der Kamerabelichtung synchronisiert ist, um Bewegungen innerhalb von Mikrosekunden einzufrieren und Bildunschärfen zu vermeiden. Der Dauerbetrieb eignet sich nur für stationäre oder sich langsam bewegende Zielobjekte, bei denen Belichtungszeiten von mehreren Millisekunden akzeptabel sind.

Integration und Grenzen

Die wichtigste mechanische Einschränkung der Durchlichtbeleuchtung ist die Notwendigkeit, den optischen Pfad unter oder hinter dem Objekt freizuhalten, was mit Förderbandstrukturen, Halterungen oder Greifern inkompatibel sein kann. Integratoren lösen dies häufig durch transparente Halterungen, Öffnungen in Förderbändern oder rotierende Handhabungssysteme, die jedes Teil nacheinander der Durchlichtbeleuchtung präsentieren.

Eine zweite Einschränkung besteht darin, dass die Durchlichtbeleuchtung nur die Silhouette des Objekts offenbart: Oberflächenmerkmale wie aufgedruckte Markierungen, Kratzer und Texturen bleiben unsichtbar. Wenn sowohl eine Kontur- als auch eine Oberflächeninspektion erforderlich sind, muss die Durchlichtbeleuchtung mit einer frontalen Auflichtquelle kombiniert werden, die entweder zeitlich abgewechselt oder in der Wellenlänge getrennt ist, sodass die beiden Bilder in einem einzigen Zyklus erfasst werden können.

LED-Durchlichtbeleuchtungs-Produktfamilien von RODER Vision

RODER Vision entwickelt und fertigt eine komplette Linie von LED-Durchlichtbeleuchtungen in Italien. Aufgeteilt in fünf Produktfamilien, die das gesamte Spektrum der Anforderungen an die Durchlichtinspektion abdecken, von kompakten Panels mit hoher Uniformität vor dem Hintergrund bis hin zu skalierbaren großformatigen modularen und für Waschanwendungen (washdown) ausgelegten Konfigurationen. Jede Familie ist für eine hochgleichmäßige Emission, stabile Stromsteuerung und industrielles Wärmemanagement ausgelegt. Durchsuchen Sie das gesamte Portfolio auf der Familienseite für LED-Durchlichtbeleuchtungen oder vergleichen Sie die fünf folgenden Serien.

Für Hochgeschwindigkeits-Inspektionslinien, die einen synchronisierten Puls- oder Stroboskopbetrieb erfordern, umfasst der RODER-Katalog auch dedizierte LED-Driver und elektronische Controller sowie Industriekabel und Befestigungssysteme, die für die direkte Integration mit Bildverarbeitungscontrollern und SPS ausgelegt sind.

Durchlichtbeleuchtung in realen Anwendungen

Die folgenden Anwendungshinweise zeigen, wie Durchlichtbeleuchtungen von RODER Vision in realen Produktionslinien eingesetzt werden, zusammen mit den Auswahlgründen für den jeweiligen Aufbau.