Fokussierter linearer LED-Streifen für die kontinuierliche Bahn- und Zeilenkamerainspektion
- Schmaler, gleichmäßiger Streifen, abgestimmt auf die aktive Sensorzeile einer Zeilenkamera (Intensitätsgleichmäßigkeit ±10 %).
- Zylindrische Fokussieroptik bündelt die LED-Emission zu einem scharfen Band von wenigen Millimetern Breite am Prüfobjekt.
- Grundlage der Hochgeschwindigkeitsinspektion von Bahnware aus Papier, Kunststofffolie, Textil und Metallfolie bei mehreren Metern pro Sekunde.
- Inspektion rotierender zylindrischer Objekte (Druckwalzen, Wellen, Flaschen), bei der die Drehung des Teils die für den Zeilenscan erforderliche Bewegung liefert.
- Blitzbetrieb synchronisiert mit dem Zeilentakt der Kamera ermöglicht Zeilenraten im kHz-Bereich.
- Monochromatische und weiße Spektren für selektiven Kontrast und Umgebungslichtunterdrückung.
Linienbeleuchtungen sind spezialisierte LED-Beleuchtungen, die einen schmalen, intensiven und sehr gleichmäßigen Lichtstreifen passend zur aktiven Sensorzeile einer Zeilenkamera liefern. Die Kombination aus Zeilenkamera-Bildaufnahme und Linienbeleuchtung ist die Grundlage der kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsinspektion von Bahnware, Förderbändern und rotierenden zylindrischen Objekten, bei der sich die Inspektionsgeometrie natürlich an einem Zeilensensor ausrichtet und die Produktionstaktung eine Bildaufnahme mit konstanter Rate verlangt.
Funktionsprinzip von Linienbeleuchtungen
Eine Linienbeleuchtung besteht typischerweise aus einer oder mehreren LED-Reihen in Verbindung mit einer spezialisierten Optik, die das abgestrahlte Licht zu einem schmalen Streifen senkrecht zur LED-Reihe fokussiert. Das optische System reduziert den Abstrahlwinkel in der kurzen Dimension auf wenige Millimeter in der Objektebene und erhält zugleich die volle Länge der LED-Reihe in der langen Dimension. Das Ergebnis ist ein Lichtstreifen, der im Arbeitsabstand der Kamera zehn bis mehrere hundert Millimeter lang und nur wenige Millimeter breit sein kann.
Die Intensitätsverteilung entlang des Streifens muss sehr gleichmäßig sein, typischerweise innerhalb von plus/minus 10 Prozent über die aktive Länge, um Intensitätsgradienten im zusammengesetzten Zeilenkamerabild zu vermeiden. Diese Gleichmäßigkeit erfordert eine sorgfältige Auswahl des LED-Binnings, kalibrierte optische Komponenten und, in kritischen Anwendungen, eine Einzelkanalsteuerung zum Ausgleich verbleibender Ungleichmäßigkeiten.
Fokussierte und kollimierte Linienbeleuchtungen
Fokussierte Linienbeleuchtungen bündeln das abgestrahlte Licht in einem bestimmten Arbeitsabstand auf eine minimale Breite und erzeugen so maximale Intensität innerhalb einer geringen Schärfentiefe. Sie werden bevorzugt, wenn die geprüfte Oberfläche eben und senkrecht zur optischen Achse der Kamera liegt. Kollimierte Linienbeleuchtungen erzeugen einen Streifen mit parallelen Rändern, der weniger empfindlich auf Schwankungen des Arbeitsabstands reagiert, aber eine geringere Spitzenintensität liefert. Die Wahl zwischen beiden hängt von der Geometrie und der Stabilität der geprüften Oberfläche ab.
Typische industrielle Anwendungen
Linienbeleuchtungen sind unverzichtbar für die Inspektion von Bahnware aus Papier, Kunststofffolie, Textil und Metallfolie bei Geschwindigkeiten von bis zu mehreren Metern pro Sekunde; für die Inspektion von Druckerzeugnissen auf Farbtreue, Passer und Druckfehler; für die Qualitätskontrolle kontinuierlich extrudierter Profile aus Aluminium, Kunststoff oder Gummi; für die Oberflächeninspektion großer ebener Platten wie Glas, Photovoltaikmodule und Blechpressteile, wenn die Platte an einer feststehenden Zeilenkamera vorbeigeführt wird; für die Inspektion rotierender zylindrischer Objekte wie Druckwalzen, Wellen und Flaschen, bei denen die Drehung des Teils die von der Zeilenkamera benötigte Relativbewegung liefert; und für jede Anwendung, die eine kontinuierliche Inspektionsfläche mit dem Bedarf an hoher Auflösung in einer der beiden Dimensionen verbindet.
Auswahlkriterien und Auslegungsaspekte
Die Länge der aktiven Linie muss der Länge des Kamerasensors beim Abbildungsmaßstab des Objektivs entsprechen, mit einem kleinen Rand an jedem Ende, um eine gleichmäßige Intensität über den gesamten Sensor sicherzustellen. Die Breite des Streifens am Prüfobjekt muss auf die Schärfentiefe des Objektivs und auf etwaige Schwankungen des Arbeitsabstands durch mechanische Toleranzen der geprüften Oberfläche abgestimmt sein.
Die Intensitätsgleichmäßigkeit ist die kritische Spezifikation von Linienbeleuchtungen. Schon geringe Intensitätsschwankungen entlang der Linie führen zu vertikalen Streifen im zusammengesetzten Bild, die genau die Fehler verdecken können, die das System erkennen soll. Hochwertige Linienbeleuchtungen bieten kalibrierte Intensitätsprofile und in fortgeschrittenen Versionen eine softwaregesteuerte Kompensation einzelner LED-Kanäle.
Der spektrale Gehalt wird wie bei jeder gerichteten Beleuchtung gewählt. Monochromatische Linienbeleuchtungen im roten oder nahen Infrarotbereich sind in industriellen Umgebungen verbreitet, in denen eine Umgebungslichtunterdrückung durch Schmalbandfilter erforderlich ist. Weiße Linienbeleuchtungen werden für die Farbinspektion von Druckerzeugnissen und Verpackungen mit Zeilenkamera eingesetzt.
Blitzbetrieb und Synchronisation
Für Zeilenkameraanwendungen oberhalb einiger tausend Zeilen pro Sekunde müssen Linienbeleuchtungen den mit dem Zeilentakt der Kamera synchronisierten Blitzbetrieb unterstützen. Jeder Puls liefert den von der Kamera während der Aufnahme einer einzelnen Zeile benötigten Photonenfluss, während die LED zwischen den Pulsen ruht, um Wärme abzuführen. Dieser Betrieb mit Tastverhältnis ermöglicht Spitzenintensitäten weit oberhalb dessen, was Dauerbetrieb zuließe, und erweitert so die erreichbare Zeilenrate, ohne die Bildqualität zu beeinträchtigen.
Integration und Grenzen
Die wesentliche Integrationsschwierigkeit von Linienbeleuchtungen ist die präzise Ausrichtung auf die Kamerazeile. Eine geringe Winkelabweichung zwischen der Lichtlinie und der Pixelzeile des Sensors führt zu einem Intensitätsabfall an einem Bildende und zu Sättigung am anderen. Ausrichtvorrichtungen, häufig in das Gehäuse der Linienbeleuchtung integriert, vereinfachen diese kritische Justage.
Linienbeleuchtungen eignen sich nicht für Flächenkameraanwendungen, bei denen der Lichtstreifen nur einen kleinen Teil des Sensorsichtfelds ausleuchten würde. Für die zweidimensionale Inspektion feststehender Teile sollten stattdessen Flächen-, Balken- oder Ringbeleuchtungen gewählt werden.
RODER Vision Lösungen für LED-Linienbeleuchtung
Linienbeleuchtung für die Hochgeschwindigkeitsinspektion mit Zeilenkameras wird typischerweise über spezialisierte Konfigurationen von LED-Balkenbeleuchtungen oder über kundenspezifisch konstruierte Vorrichtungen mit zylindrischen Fokussieroptiken realisiert. RODER Vision deckt beide Ansätze mit seiner Balkenbeleuchtungsfamilie und seinem Engineering-Service für kundenspezifische Beleuchtungen ab.
Für gerichtete lineare Beleuchtung mit einstellbarem Arbeitsabstand und Winkel umfasst die Familie LED-Balkenbeleuchtungen hochintensive Matrixkonfigurationen wie die DL1-Serie und die DL4-Serie, die in Zeilenkamera-Inspektionszellen eingesetzt werden können, in denen die Balkengeometrie der Sensorlänge der Kamera entspricht.
Für dedizierte Linienbeleuchtungen mit Zylinderlinse, sehr große aktive Längen, Einzelkanalsteuerung oder einen spezifischen spektralen Gehalt für ein Zeilenkamera-Inspektionsprojekt bietet RODER Vision Kundenspezifische LED-Beleuchtungen nach OEM-Anforderungen. Der mit dem Takt der Zeilenkamera synchronisierte Pulsbetrieb wird von den LED-Treibern und elektronischen Controllern im RODER-Zubehörkatalog unterstützt.