Technologie

Das technische Referenzportal für Beleuchtung für Maschinelles Sehen

• Das gesamte Wissensgebiet der Beleuchtung für Maschinelles Sehen gliedert sich in neun technische Bereiche.
• Jeder Bereich umfasst einen eigenen Leitfaden mit Auswahlkriterien, Prinzipien der Strahlverfolgung und Hinweisen zur Integration.
• Unter diesen Bereichen finden Sie mehr als vierzig ausführliche Seiten zu den einzelnen Techniken, die innerhalb dieses Portals miteinander verlinkt sind.
• Jede Technik ist der entsprechenden Roder Vision-Produktfamilie und den dazugehörigen Anwendungshinweisen zugeordnet.
• Verfasst für Ingenieure, Systemintegratoren sowie Produktions- und Einkaufsabteilungen.

Dieser Abschnitt dient als technisches Nachschlagewerk für die Beleuchtung für Maschinelles Sehen in der industriellen Bildverarbeitung. Da die Beleuchtung den Kontrast bestimmt, von dem jeder nachfolgende Algorithmus abhängt, ist sie der entscheidende Faktor für die Zuverlässigkeit eines automatisierten Inspektionssystems. Folglich sorgt eine korrekte Beleuchtungskonzeption regelmäßig dafür, dass aus einer instabilen Prüfung eine robuste wird. Der Technologie-Hub ist daher in neun Bereiche gegliedert. Jeder Bereich stellt die zugrunde liegenden physikalischen Prinzipien, die praktischen Auswahlkriterien sowie die detaillierten Seiten zu den einzelnen Techniken vor, mit direkten Links zu den entsprechenden Roder Vision-Produkten und Anwendungshinweisen. In der Praxis können Sie es als strukturierte Übersicht nutzen: Beginnen Sie zunächst mit dem Bereich, der Ihrer offenen Frage entspricht, folgen Sie dann den Links zu den spezifischen Techniken und gelangen Sie schließlich zu der dafür entwickelten Produktfamilie.

Anleitung zur Verwendung dieses Hubs für die Beleuchtung für Maschinelles Sehen

Die neun Bereiche entsprechen den neun unabhängigen Entscheidungen, die ein Ingenieur bei der Auslegung einer Beleuchtung für Maschinelles Sehen trifft. Insbesondere bestimmen die ersten vier – Geometrie, Streuung, Einfallswinkel und Emissionsspektrum – die optische Wechselwirkung des Lichts mit dem Bauteil und damit den Bildkontrast. Im Gegensatz dazu bestimmen die nächsten beiden Bereiche – Betriebsmodus und Formfaktor – das elektrische Verhalten der Beleuchtungseinheit sowie deren mechanische Integration in die Prüfstation. Schließlich decken die verbleibenden Bereiche fortgeschrittene und spezielle Konfigurationen für anspruchsvolle Aufgaben ab, zusammen mit den Grundlagen der Bildgebung und Bildverarbeitung, die jeder Beleuchtungsauswahl zugrunde liegen. Diese Bereiche schließen sich jedoch nicht gegenseitig aus, da bei einem realen Inspektionsentwurf für jede Achse gleichzeitig ein Wert festgelegt wird; aus diesem Grund ermöglichen Ihnen die unten stehenden Deep-Links, zwischen ihnen hin und her zu wechseln.

Die neun technischen Bereiche der Beleuchtung für Maschinelles Sehen

1. Beleuchtungsgeometrie und Positionierung

Vor allem die räumliche Anordnung der Lichtquelle im Verhältnis zum Werkstück und zur Kamera ist die erste und am schwersten zu ändernde Konstruktionsentscheidung. Die Geometrien „Hintergrundbeleuchtung“, „direkte Frontbeleuchtung“, „Leiste“, „Ring“, „Spot“, „Linie“ und „Tunnel“ lenken Reflexionen jeweils auf unterschiedliche Weise zum Sensor hin oder von ihm weg und bestimmen so, ob Kanten, Markierungen oder dreidimensionale Merkmale sichtbar werden. Öffnen Sie die Anleitung zur Beleuchtungsgeometrie →

• Durchlichtbeleuchtung
• Direkte Frontbeleuchtung
• LED-Lichtleiste
• Ringbeleuchtung
• Spotbeleuchtung
• Linienbeleuchtung
• Tunnelbeleuchtung

2. Lichtstreuung und Lichtqualität

Die Diffusion steuert die Winkelausbreitung des ausgestrahlten Lichts. Diffusions-, Kuppel-, Flachkuppel- und SCDI-Techniken unterdrücken spiegelnde Hotspots und sorgen für eine gleichmäßige Ausleuchtung auf reflektierenden, gekrümmten oder strukturierten Oberflächen, auf denen eine ungeschirmte Lichtquelle Blendungen verursachen würde. Die Wahl des richtigen Diffusionsgrades ermöglicht die Prüfung von glänzendem Metall, Glas und Folien. Öffnen Sie die Anleitung zur Lichtstreuung →

• Diffuse Licht
• Dombeleuchtung
• Flachdom-Beleuchtung
• Quadratische kontinuierliche Diffuse Beleuchtung (SCDI)

3. Einfallswinkel

Darüber hinaus bestimmt der Winkel, in dem das Licht auf die Oberfläche trifft, welche Merkmale in die Kamera reflektiert werden. So erfasst beispielsweise die Hellfeldbeleuchtung die direkte Reflexion bei flachen, kooperativen Oberflächen; die Dunkelfeldbeleuchtung und die Beleuchtung aus flachem Winkel streifen die Oberfläche, um Kratzer, Gravuren und Kanten sichtbar zu machen; die Koaxialbeleuchtung beseitigt Schatten auf spiegelnden Teilen. Öffnen Sie die Anleitung zum Einfallswinkel →

• Koaxiale achsparallele Beleuchtung
• Dunkelfeldbeleuchtung
• Hellfeldbeleuchtung
• Flachwinkel-Ringbeleuchtung

4. Emissionsspektrum und Wellenlänge

Durch die Auswahl der Wellenlänge wird der Kontrast maximiert, indem die Art und Weise genutzt wird, wie Materialien verschiedene Farben absorbieren und reflektieren. Weißes Licht ist universell einsetzbar; monochromatisches Rot, Grün und Blau erhöhen den Kontrast auf farbigen Zielen; Infrarotstrahlung dringt in das Material ein und unterdrückt Oberflächenmarkierungen; ultraviolettes Licht regt die Fluoreszenz an; SWIR (Kurzwellen-Infrarot) und multispektrale Strahlung machen sichtbar, was im sichtbaren Spektrum nicht erkennbar ist. Öffnen Sie den Leitfaden zum Emissionsspektrum →

• Weißlichtbeleuchtung
• Monochromatisches farbiges Licht
• Infrarot-Beleuchtung (IR)
• Ultraviolett (UV)-Bestrahlung
• Infrarot-Beleuchtung im kurzwelligen Infrarot (SWIR)
• Multispektrale und hyperspektrale Beleuchtung
• Umschaltbare RGB-Beleuchtung

5. Betriebsmodus und Zeitablauf

Die Art und Weise, wie die Beleuchtungseinheit elektrisch angesteuert wird, bestimmt ihr Verhalten auf sich bewegenden Förderstrecken. Gleichstrom (DC) eignet sich für stationäre Anwendungen; PWM ermöglicht ein sauberes Dimmen; der Stroboskop- und Impulsbetrieb friert Bewegungen synchron mit der Kamera ein; der Overdrive-Modus liefert kurze, leistungsstarke Stromstöße, die deutlich über dem Nennstrom liegen, um das Signal bei hohen Fördergeschwindigkeiten zu maximieren. Öffnen Sie die Anleitung zum Betriebsmodus →

• Gleichstrombetrieb (DC)
• Stroboskop- und Pulsbetrieb
• Overdrive- und Hochleistungsimpulsbetrieb
• PWM-Dimmbetrieb

6. Erweiterte und spezielle Konfigurationen

Anspruchsvolle Aufgaben vereinen mehrere Prinzipien in spezialisierten Aufbauten. Telezentrisches Hintergrundlicht erzeugt kollimiertes Durchlicht für die Präzisionsmesstechnik; polarisiertes Licht beseitigt Blendeffekte; strukturiertes Licht und Photometrisches Stereo erfassen dreidimensionale Formen; goniometrische, mehrsegmentige und kombinierte Kuppel-Koaxial-Aufbauten rekonstruieren Oberflächen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen. Öffnen Sie die Anleitung zu den erweiterten Konfigurationen →

• Telezentrische Hintergrundbeleuchtung
• Konfigurationen polarisierten Lichts
• Strukturlichtprojektion
• Photometrische Stereobeleuchtung
• Goniometrische Beleuchtung und Beleuchtung mit variablem Winkel
• Kombinierte Kuppel- und Koaxialbeleuchtung
• Sphärische Mehrsegmentbeleuchtung

7. Formfaktor und mechanische Gehäuseausführung

Letztendlich entscheidet die bauliche Ausführung der Beleuchtungseinheit darüber, ob sie den Anforderungen der Produktionsumgebung standhält und sich in diese einfügt. Die Kombination aus Panelform und aktiver Fläche, randbeleuchteten bzw. direkt beleuchteten Hintergrundbeleuchtungen, industrieller Schutzart und Wärmemanagement bestimmt die Zuverlässigkeit, Gleichmäßigkeit und Lebensdauer und bildet den Rahmen für jede mechanische Integration durch den OEM. Öffnen Sie den Leitfaden zu Formfaktoren →

• Formen der Bedienfelder und aktiver Bereich
• Kantenhintergrundbeleuchtung im Vergleich zur Direkthintergrundbeleuchtung
• Schutzart für den industriellen Einsatz (IP65/IP67)
• Wärmemanagement und Wärmeableitung

8. Grundlagen der Sehfunktion und der Optik

Kameras und Bildsensoren, Optik und Telezentrizität, Auflösung und Sichtfeld, Kontrast und Belichtung: die Grundlagen der Bildgebung, die für die korrekte Auslegung einer Beleuchtungseinheit erforderlich sind. Dieser Bereich bildet den Rahmen für jede Entscheidung hinsichtlich der Beleuchtung, da die Beleuchtungseinheit auf die Kamera und das Objektiv abgestimmt sein muss, die ihr Licht erfassen. Dieser Abschnitt befindet sich derzeit in Vorbereitung.

9. Bildverarbeitung und KI

Grundlagen der Bildverarbeitung, Deep Learning-Prüfung, OCR (Optische Zeichenerkennung) und OCV (Optische Zeichenverifikation), Mustererkennung und 3D-Bildverarbeitung sowie deren Auswirkungen auf die Beleuchtungsanforderungen. Eine gute Beleuchtung entlastet diese Algorithmen; in diesem Abschnitt wird erläutert, wie Bildaufnahme und -verarbeitung zusammenwirken. Dieser Abschnitt befindet sich derzeit in Vorbereitung.

Von der Technik zum Produkt

Kurz gesagt: Jede in diesem Hub beschriebene Beleuchtung für Maschinelles Sehen entspricht einer konkreten Produktfamilie von Roder Vision. Sobald also Geometrie, Streuung, Abstrahlwinkel, Spektrum, Betriebsmodus und mechanische Abmessungen festgelegt sind, kann die passende Beleuchtungseinheit direkt aus dem Katalog ausgewählt werden. Die folgenden Produktfamilien decken beispielsweise das gesamte Spektrum der oben genannten Techniken ab.

• Durchlicht- und telezentrische Geometrien – LED-Hintergrundbeleuchtungen
• Direkte Front-, Lichtleisten-, Multi-Lichtleisten- und Liniengeometrien — LED-Lichtleisten
• Flächige, diffuse Frontbeleuchtung – LED-Beleuchtungseinheiten
• Koaxialer Ring und Flachwinkelbeleuchtung – LED-Ringbeleuchtungseinheiten
• Gezielte Spot- und Code-Lesebeleuchtung – LED-Beleuchtungseinheiten
• Kompakte, diffuse, koaxiale Kuppelbeleuchtung – LED-Beleuchtungseinheiten für Flache Dombeleuchtungen
• Tunnelbeleuchtung, Mehrsegment- und anwendungsspezifische Beleuchtung – Maßgeschneiderte LED-Beleuchtungseinheiten

Verwandte technische Artikel

Darüber hinaus ergänzen die folgenden Fachartikel die oben genannten neun Bereiche durch gezielte Erörterungen einzelner Techniken und Funktionsprinzipien.

• Techniken zur Hintergrundbeleuchtung in der Bildverarbeitung
• Die Technik der Direktbeleuchtung in der Bildverarbeitung
• Die Technik der diffusen Beleuchtung in der Bildverarbeitung
• Einsatz von Filtern in der Bildverarbeitung
• Vorteile von LED-Beleuchtungseinheiten im Bereich des Maschinellen Sehens
• Techniken zur Übersteuerungsregelung in Visionssystemen

Für Projekte der OEM-Integration, Mehrstationen-Prüfzellen und Konfigurationen, die über die Standardoptionen hinausgehen, bietet Roder Vision technische Unterstützung über die Kontaktkanäle des Unternehmens an. Beginnen Sie zunächst in dem technischen Bereich, der Ihrer Prüfungsfrage entspricht, und folgen Sie den Links zu den entsprechenden Technikseiten und den passenden Produktfamilien.