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Monochromatisches farbiges Licht

Industrielle Bildverarbeitungsstation mit monochromatischer roter LED-Ringbeleuchtung, die den Kontrast grün gedruckter Markierungen auf einer weißen Pharma-Blisterpackung verstärkt

Schmalbandige farbige Emission für selektiven Kontrast auf pigmentierten Prüfobjekten

  • Schmalbandige Emission (20–40 nm FWHM) in Rot, Grün, Blau oder Bernstein, abgestimmt auf die Farbreflexion des Prüfobjekts.
  • Farbkreis-Regel: maximaler Kontrast durch Beleuchtung mit der Komplementärfarbe des Objektpigments.
  • Ideal für farbig gedruckte Codes, Leiterplatten, pharmazeutische Tabletten, Sicherheitsmarkierungen und farbcodierte Baugruppen.
  • Bandpassfilter an der Kamera, abgestimmt auf die LED-Wellenlänge, liefert eine überlegene Umgebungslichtunterdrückung.
  • Kundenspezifische Wellenlängen (Tiefrot 730 nm, Bernstein 590 nm) für besondere Kontrastanforderungen verfügbar.
  • Erfordert eine Monochromkamera – Anwendungen mit Farbunterscheidung benötigen stattdessen weiße oder RGB-umschaltbare Konfigurationen.

Monochromatische LED-Beleuchtung nutzt eine schmalbandige Emission in einer einzigen Farbe (Rot, Grün, Blau, Bernstein oder andere), um auf farbigen Prüfobjekten selektiven Kontrast zu erzeugen. Durch Ausnutzung der spektralen Reflexions- und Absorptionseigenschaften von Pigmenten, Tinten, Beschichtungen und natürlichen Materialien kann monochromatisches Licht auf farbigen Merkmalen einen Kontrast erzeugen, der mit breitbandiger weißer Beleuchtung nicht erreichbar ist. Das Prinzip ist einfach: Eine farbige Oberfläche erscheint hell unter einer Beleuchtung, die ihrem Reflexionsmaximum entspricht, und dunkel unter einer Beleuchtung an ihrem Absorptionsmaximum.

Funktionsprinzip monochromatischer LED-Quellen

Eine monochromatische LED emittiert in einem relativ schmalen Spektralband, typischerweise 20 bis 40 nm breit bei halber Höhe, zentriert auf die Nennwellenlänge des Chips. Rote LEDs sind bei 620, 660 und 730 nm verfügbar; grüne LEDs bei 525, 530 und 565 nm; blaue LEDs bei 450 und 470 nm; bernsteinfarbene LEDs bei 590 nm. Jede Wellenlänge erzeugt eine spezifische Farbwechselwirkung mit dem geprüften Objekt, bestimmt durch die spektrale Reflexionskurve des Oberflächenmaterials.

Wird eine monochromatische Beleuchtung mit einer Monochromkamera verwendet, kodiert das resultierende Bild die Reflexion des Prüfobjekts bei der jeweiligen Beleuchtungswellenlänge. Merkmale, deren Reflexion sich bei dieser Wellenlänge unterscheidet, erzeugen Kontrast im Bild, während Merkmale mit identischer Reflexion bei dieser Wellenlänge unsichtbar werden. Dasselbe Objekt liefert unter verschiedenen monochromatischen Wellenlängen unterschiedliche Bilder, die jeweils andere Merkmale hervorheben.

Spektrale Reflexion und Kontrastoptimierung

Eine praktische Faustregel besagt, dass die Wellenlänge des maximalen Kontrasts zwischen zwei farbigen Merkmalen ungefähr der Wellenlänge der maximalen Absorption eines der beiden Pigmente entspricht. Eine grün gedruckte Markierung auf weißem Substrat wird beispielsweise am besten unter roter Beleuchtung aufgenommen, bei der das grüne Pigment stark absorbiert und eine dunkle Markierung auf hellem Hintergrund ergibt. Eine rote Markierung auf demselben Substrat wird am besten unter grüner oder blauer Beleuchtung aufgenommen, bei der das rote Pigment stark absorbiert. Die Wellenlänge des optimalen Kontrasts wird über den Farbkreis ermittelt: Gegenüberliegende Farben auf dem Kreis erzeugen den maximalen Kontrast.

Typische industrielle Anwendungen

Monochromatische LED-Beleuchtung ist die Standardwahl für das Lesen farbig gedruckter Markierungen, Codes und Etiketten, bei denen der Kontrast gegenüber einem farbigen Hintergrund maximiert werden muss; für die Inspektion mehrlagiger Leiterplatten, bei denen Kupferbahnen, Lötstopplack und Bestückungsdruck selektiv hervorgehoben werden müssen; für die Qualitätskontrolle farbiger pharmazeutischer Tabletten und Kapseln; für die Prüfung farbstoffbasierter Sicherheitsmarkierungen; für die Inspektion landwirtschaftlicher Produkte, bei denen Reife, Fehler oder Verunreinigungen einen farbabhängigen Kontrast erzeugen; für die Qualitätskontrolle der Textilfärbung hinsichtlich Farbgleichmäßigkeit; und für jede Anwendung, bei der das Prüfobjekt farbige Merkmale enthält, deren Kontrast durch eine geeignete Wellenlängenwahl verstärkt werden kann. Monochromatische Varianten sind in den Familien der LED-Ringbeleuchtungen, LED-Balkenbeleuchtungen und LED-Flächenbeleuchtungen verfügbar.

Auswahlkriterien und Auslegungsaspekte

Die Wellenlänge ist der wichtigste Auswahlparameter und wird so gewählt, dass der Kontrast zwischen dem interessierenden Merkmal und dem Hintergrund maximiert wird. Spektrale Reflexionsmessungen der Objektmaterialien mit einem kalibrierten Spektrophotometer bilden die zuverlässigste Grundlage für die Wellenlängenwahl. Liegen solche Messungen nicht vor, ist eine empirische Bewertung durch Bildaufnahmen unter verschiedenen monochromatischen Wellenlängen der empfohlene praktische Ansatz.

Die Bandbreite der LED-Emission beeinflusst die Präzision der Kontrastauswahl. Eine schmalere Bandbreite (10 bis 20 nm) liefert einen selektiveren Kontrast, aber einen geringeren Lichtstrom. Eine breitere Bandbreite (30 bis 40 nm) liefert einen höheren Lichtstrom bei etwas geringerer Selektivität. Für die meisten industriellen Anwendungen ist die Standardbandbreite der LEDs ausreichend.

Kombination mit Bandpassfiltern

Monochromatische LED-Beleuchtung wird häufig mit passenden Bandpassfiltern am Kameraobjektiv kombiniert, die nur die LED-Wellenlänge durchlassen und alles andere Licht sperren. Diese Kombination sorgt für eine wirksame Unterdrückung des Umgebungslichts von Deckenleuchtstofflampen, Sonnenlicht oder benachbarten Maschinen und ermöglicht eine zuverlässige Inspektion in Umgebungen, in denen sonst eine Kontrolle des Umgebungslichts erforderlich wäre.

Integration und Grenzen

Monochromatische LED-Beleuchtungen lassen sich in allen mechanischen und optischen Standardkonfigurationen genauso integrieren wie die weißen Versionen. Der wesentliche praktische Vorteil ist die Möglichkeit, die Beleuchtung mit einer Bandpassfilterung an der Kamera zur Umgebungslichtunterdrückung zu kombinieren – eine Möglichkeit, die weiße Quellen nicht bieten. Nicht standardmäßige Wellenlängen oder asymmetrische spektrale Konfigurationen werden in der Regel innerhalb des Portfolios der kundenspezifischen LED-Beleuchtungen entwickelt.

Die wesentliche Einschränkung monochromatischer Beleuchtung ist der Verlust der Farbinformation an der Kamera. Um monochromatische Beleuchtung zu nutzen, müssen Monochromkameras eingesetzt werden; jede Anwendung, die eine Farbunterscheidung des Prüfobjekts erfordert, muss daher stattdessen weiße Beleuchtung oder multispektrale bzw. RGB-umschaltbare Konfigurationen verwenden, die mehrere monochromatische Wellenlängen nacheinander kombinieren. Monochromatische Beleuchtung ist zudem etwas weniger universell als weiße, da die Wellenlänge für jede Anwendung gezielt gewählt werden muss: Eine für die Inspektion Grün auf Weiß ausgelegte Station kann ohne Wechsel der Beleuchtung nicht für Rot auf Weiß wiederverwendet werden.

Monochromatische LED-Beleuchtungen von RODER Vision

RODER Vision fertigt LED-Beleuchtungen mit monochromatischer Emission in den Wellenlängen Rot, Grün, Blau und Bernstein, verfügbar im gesamten Geometrieportfolio für die selektive Kontrastverstärkung in der industriellen Bildverarbeitungsinspektion.

Für die monochromatische Inspektion im Blitzbetrieb auf schnellen Linien umfasst der RODER-Katalog spezielle LED-Treiber und elektronische Controller, die mit industriellen Bildverarbeitungscontrollern und SPS kompatibel sind.