Beleuchtungsgeometrie und Positionierung

Die geometrische Anordnung einer LED-Beleuchtung relativ zur optischen Achse der Kamera und zum inspizierten Zielobjekt ist der einflussreichste Designparameter in jedem Bildverarbeitungssystem. Die Beleuchtungsgeometrie bestimmt, wie Licht mit der Oberfläche interagiert, wie Reflexionen zum Sensor hin oder von ihm weg gelenkt werden und wie dreidimensionale Merkmale wie Kanten, Prägungen, Kratzer und aufgedruckte Markierungen erkennbar werden. Ein perfektes Objektiv und der empfindlichste Sensor können eine schlecht gewählte Geometrie nicht kompensieren. Umgekehrt macht die richtige Geometrie eine schwierige Inspektionsaufgabe häufig zu einer Routineaufgabe. Diese Seite ist der zentrale Knotenpunkt der technischen Referenz für die Beleuchtungsgeometrie in der industriellen Bildverarbeitung und deckt die sieben in der industriellen Inspektion verwendeten Konfigurationen ab, jeweils mit einem dedizierten technischen Leitfaden.

Warum die Geometrie wichtiger als die Helligkeit ist

LED-Helligkeit, Farbtemperatur und selbst die Diffusion können nach der Inbetriebnahme eines Bildverarbeitungssystems in weten Grenzen angepasst werden, aber die Beleuchtungsgeometrie ist durch das mechanische Layout der Inspektionsstation fest vorgegeben und daher der am schwierigsten zu ändernde Parameter nach der Installation. Aus diesem Grund sollte die geometrische Anordnung der Beleuchtung die erste Entscheidung in jedem Bildverarbeitungsprojekt sein, noch vor der Kameraauflösung, der Objektivbrennweite oder dem Software-Algorithmus. Eine korrekte geometrische Konfiguration erzeugt den für das gewünschte Merkmal erforderlichen Kontrast, während irrelevante Hintergrundinformationen unterdrückt werden, was den Aufwand für die nachgelagerte Bildverarbeitung drastisch reduziert.

In der Praxis wird die geometrische Auswahl von drei sich überschneidenden Parametern bestimmt: dem optischen Verhalten der Zieloberfläche, klassifiziert als spiegelnd, matt oder semi-diffus; der Art des zu erkennenden Merkmals, das von Silhouette und Kante bis hin zu Oberflächenmarkierungen, Defekten oder dreidimensionalen Formen reicht; und dem verfügbaren mechanischen Bauraum um die Inspektionsstation herum, der oft das physikalisch Machbare einschränkt. Diese drei Achsen kehren in jedem unten verlinkten dedizierten Leitfaden wieder und bilden das Rückgrat eines wiederholbaren, vertretbaren Auswahlverfahrens.

Die sieben grundlegenden Konfigurationen der Beleuchtungsgeometrie

Jede der folgenden Konfigurationen der Beleuchtungsgeometrie repräsentiert eine eigenständige optische Strategie. Sie schließen sich nicht gegenseitig aus: Eine komplexe Inspektion kombiniert oft zwei oder mehr Geometrien nacheinander oder gleichzeitig, aber die zugrunde liegenden optischen Prinzipien müssen einzeln verstanden werden, bevor eine Kombination sicher entworfen werden kann. Wählen Sie unten eine Konfiguration aus, um den dazugehörigen technischen Leitfaden zu öffnen, oder lesen Sie die folgenden strukturierten Beschreibungen.

Entdecken Sie jede Beleuchtungsgeometrie

Durchlichtbeleuchtung

Die Durchlichtbeleuchtung platziert die LED-Quelle hinter dem inspizierten Objekt und projiziert das Licht durch oder um das Objekt herum in Richtung der Kamera. Das resultierende Silhouettenbild bietet einen extremen Kontrast auf den Objektkonturen und ist die Geometrie der Wahl für Maßmessung, Kantenerkennung, Anwesenheitskontrolle, Lochzählung und die Inspektion von transparenten oder transluzenten Komponenten.

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Direkte Frontbeleuchtung

Die direkte Frontbeleuchtung liefert eine konzentrierte Beleuchtung von derselben Seite wie die Kamera, im Allgemeinen in einem Winkel nahe der optischen Achse. Sie hebt Oberflächentexturen, geprägte Merkmale und aufgedruckte Markierungen auf kooperativen Zielobjekten hervor und ist die universellste frontseitige Konfiguration für matte und halbmatte Oberflächen.

→ Read the dedicated Direct Front Light guide  ·  RODER products: LED Panel Illuminators, LED Bar Illuminators

LED-Lichtleiste

LED-Lichtleisten sind lineare LED-Module, die einzeln oder in Konfigurationen von zwei, vier oder mehr Modulen verwendet werden können und eine vollständige Kontrolle über den Einfallswinkel und die Emissionsfläche bieten. Sie sind die Standardgeometrie für längliche Inspektionsfelder, Förderbandoberflächen und jede Anwendung, die von unabhängig ausrichtbaren Beleuchtungsachsen profitiert.

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Ringbeleuchtung

Eine Ringbeleuchtung ist eine ringförmige LED-Anordnung, die konzentrisch zum Kameraobjektiv montiert ist und eine gleichmäßige, schattenbalancierte Ausleuchtung kleiner bis mittlerer Sichtfelder erzeugt. Die Ringgeometrie bietet eine 360-Grad-Abdeckung um die optische Achse und ist der bevorzugte Standard für die Inspektion von Kleinteilen an einer stationären Station.

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Spotbeleuchtung

Spotbeleuchtungen liefern eine hochintensive kollimierte oder quasi-kollimierte Beleuchtung auf einer kleinen, klar definierten Fläche. Sie werden für die Codelesung, Fluoreszenzanregung und jede Anwendung verwendet, die eine konzentrierte Photonendichte auf einem lokalisierten Merkmal erfordert.

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Linienbeleuchtung

Eine Linienbeleuchtung erzeugt einen schmalen, intensiven und hochgleichmäßigen Beleuchtungsstreifen, der auf die aktive Sensorzeile einer Zeilenscan-Kamera abgestimmt ist. Sie ist die dedizierte Geometrie für die kontinuierliche Bahninspektion, das Scannen von Förderbändern sowie die Inspektion von Papier, Folien, Textilien und bedruckten Medien bei hohen Lineargeschwindigkeiten.

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Tunnelbeleuchtung

Tunnelbeleuchtungen umgeben das inspizierte Objekt mit einer zylindrischen 360-Grad-Beleuchtung und eliminieren Richtungsschatten auf rotationssymmetrischen Teilen wie Flaschen, Dosen, Tuben, Wellen und Gewindebefestigungen. Diese Geometrie bietet Inspektionsbedingungen, die weitgehend unabhängig von der Objektrotation sind.

→ Read the dedicated Tunnel Light guide  ·  RODER products: Custom LED Illuminators, LED Flat Dome Illuminators

Ein systematischer Ansatz zur Auswahl der Beleuchtungsgeometrie

Ein robustes Verfahren zur Auswahl der Beleuchtungsgeometrie beginnt mit einer sorgfältigen Charakterisierung der Zieloberfläche und des zu erkennenden Merkmals. Spiegelnde Oberflächen erfordern entweder eine koaxiale Ausrichtung, um die Reflexion zu erfassen, oder eine streifende Geometrie, um sie vom Sensor wegzulenken. Matte Oberflächen tolerieren ein weitaus größeres Spektrum an Geometrien, da eine diffuse Reflexion in alle Richtungen stattfindet. Dreidimensionale Merkmale erfordern eine gerichtete Beleuchtung, die Schatten erzeugt, während zweidimensionale Merkmale wie aufgedruckte Markierungen eine flache, gleichmäßige Beleuchtung erfordern, die diese unterdrückt.

Der mechanische Bauraum bestimmt, was physikalisch möglich ist. Eine enge Inspektionszelle kann die Wahl zu Gunsten von Flachdom- oder Koaxialkonfigurationen erzwingen, selbst wenn ein vollständiger Dom theoretisch vorzuziehen wäre. Ein großes Sichtfeld kann mehrere LED-Lichtleisten anstelle eines einzelnen Panels vorschreiben. Die Inspektionskadenz ist ebenso wichtig: Hochgeschwindigkeitslinien erfordern unabhängig von der gewählten Geometrie einen Pulsbetrieb, was wiederum Einschränkungen für den maximalen effektiven Arbeitsabstand und die Winkelabdeckung der Beleuchtung mit sich bringt.

Von der Geometrie zur praktischen Umsetzung

Sobald die geometrische Konfiguration ausgewählt wurde, werden sekundäre Parameter wie Lichtdiffusion, Emissionsspektrum, Einfallswinkel und Betriebsmodus zu Verfeinerungsvariablen innerhalb des gewählten geometrischen Rahmens. Jede der dedizierten Seiten in diesem Abschnitt beschreibt eine einzelne geometrische Konfiguration im Detail, einschließlich der Strahlenganganalyse, des erwarteten Kontrastverhaltens auf typischen Materialien, der empfohlenen Arbeitsabstände und der Integrationsbeschränkungen, die beim mechanischen Design der Inspektionsstation eingehalten werden müssen.

Übersicht des Katalogs von RODER Vision nach Beleuchtungsgeometrie

Der Produktkatalog von RODER Vision lässt sich direkt auf die sieben oben beschriebenen geometrischen Konfigurationen übertragen. Jede Familie ist für eine bestimmte Klasse von Geometrien und Inspektionsanwendungen konzipiert, mit Optionen für die OEM-Integration, hochvolumige Produktionslinien und anwendungsspezifische kundenspezifische Konfigurationen.

• Backlight (transmitted-light) geometries — LED Backlight Illuminators
• Direct front, bar, multi-bar and line geometries — LED Bar Illuminators
• Wide-area panel front geometries — LED Panel Illuminators
• Coaxial annular ring geometries — LED Ring Illuminators
• Focused spot geometries for concentrated inspection — LED Spot Illuminators
• Compact diffuse coaxial geometries — LED Flat Dome Illuminators
• Tunnel, line-light and application-specific geometries — Custom LED Illuminators

Die Auswahl einer bestimmten Beleuchtung innerhalb jeder Kategorie hängt vom Arbeitsabstand, dem Sichtfeld (FOV), dem Reflexionsgrad des Zielobjekts, den spektralen Anforderungen und dem Betriebsmodus der Inspektion ab. Für OEM-Integrationsprojekte, Multi-Stationen-Inspektionszellen und Konfigurationen, die über Standardoptionen hinausgehen, bietet RODER Vision technische Unterstützung über die Kontaktkanäle des Unternehmens.