Spezielle Beleuchtungstechniken für die Präzisionsmesstechnik und die 3D-Rekonstruktion
- Erweiterte Konfigurationen adressieren Präzisionsmesstechnik, 3D-Rekonstruktion und Multimaterial-Inspektion jenseits der Standardgeometrien.
- Das telezentrische Backlight liefert kollimierte parallele Strahlen für die Subpixel-Kantenmessung im Mikrometerbereich.
- Kreuzpolarisierte Beleuchtung unterdrückt Glanzreflexe und macht Merkmale sichtbar, die unter reflektierenden Oberflächen verborgen sind.
- Strukturiertes Licht und photometrisches Stereo extrahieren die 3D-Oberflächengeometrie aus der Verformung eines 2D-Bildes oder aus der Schattierung aus mehreren Richtungen.
- Goniometrische und kombinierte Leuchten bieten Flexibilität im laufenden Betrieb für Prüfzellen mit mehreren Produkten und Merkmalen.
- Sphärische Mehrsegment-Dome ermöglichen eine richtungsabhängige Fehlerklassifizierung und eine adaptive Optimierung der Beleuchtung.
Über die Standard-Beleuchtungsgeometrien hinaus wurden mehrere erweiterte Konfigurationen entwickelt, um spezifische Herausforderungen der industriellen Inspektion zu lösen: das Gewinnen dreidimensionaler Informationen, das Unterdrücken von Glanzreflexen auf stark reflektierenden Oberflächen, dimensionelle Messungen mit Subpixel-Genauigkeit oder die Abbildung komplexer Baugruppen aus unterschiedlichen Materialien. Diese speziellen Techniken kombinieren oft mehrere Lichtquellen, Polarisation, strukturierte Muster oder hybride Strahlengänge und repräsentieren den Stand der Technik in der industriellen Beleuchtungstechnik.
Wenn Standardgeometrien nicht ausreichen
Die grundlegenden Beleuchtungsgeometrien (Durchlicht, Auflicht, Ring, Balken, Dom) decken die große Mehrheit der industriellen Prüfaufgaben ab. Einige Anwendungsklassen übersteigen jedoch die Möglichkeiten dieser Standardkonfigurationen und erfordern spezialisierte Techniken.
Die erste Klasse ist die Präzisionsmesstechnik, bei der die Messgenauigkeit höher sein muss, als ein diffuses Backlight liefern kann. Telezentrische Backlights mit kollimierten parallelen Strahlen liefern die für Messungen im Mikrometerbereich erforderliche Subpixel-Kantendefinition. Die zweite Klasse ist die dreidimensionale Rekonstruktion, bei der die Inspektion Forminformationen gewinnen muss, die sich aus einem einzelnen 2D-Bild nicht erfassen lassen. Die Projektion strukturierten Lichts und das photometrische Stereo sind hierfür die Standardtechniken. Die dritte Klasse ist die Multimaterial- oder Multioberflächen-Inspektion, bei der verschiedene Teile derselben Baugruppe unterschiedliche Beleuchtungsstrategien erfordern. Kombinierte und goniometrische Beleuchtungen decken diesen Bedarf ab, indem sie mehrere Beleuchtungsmodi in einer Leuchte vereinen. Anwendungsspezifische erweiterte Geometrien werden im Rahmen des Programms Kundenspezifische LED-Beleuchtungen entwickelt.
In diesem Abschnitt behandelte Spezialkonfigurationen
Telezentrisches Backlight
Telezentrische Backlights emittieren kollimierte parallele Strahlen aus einer begrenzten Austrittsöffnung und erzeugen Kanten mit Subpixel-Definition für die hochpräzise dimensionelle Messung in Kombination mit telezentrischen Objektiven. Die Durchlichtgeometrie wird von der Familie LED-Durchlichtbeleuchtungen in ihren telezentrischen Varianten bereitgestellt.
Polarisiertes Licht
Konfigurationen mit polarisiertem Licht kombinieren einen linearen Polarisator an der Beleuchtung mit einem kreuzpolarisierten Analysator an der Kamera, um Glanzreflexe zu unterdrücken und unter der Oberfläche liegende oder kontrastarme Merkmale auf reflektierenden Objekten sichtbar zu machen.
Projektion von strukturiertem Licht
Strukturiertes Licht projiziert kalibrierte Muster aus Linien, Gittern oder codierten Streifen auf die Prüfoberfläche und ermöglicht die Rekonstruktion der dreidimensionalen Geometrie aus der Verformung des Musters im Kamerabild.
Photometrisches Stereo
Das photometrische Stereo nutzt vier oder mehr nacheinander aufgenommene Beleuchtungsrichtungen, um Oberflächennormalen zu rekonstruieren und die Topographie von der Albedo zu trennen; so werden Texturen und Mikroreliefs sichtbar, die der konventionellen 2D-Bildaufnahme entgehen.
Goniometrische Beleuchtung mit variablem Winkel
Goniometrische Beleuchtungen erlauben die mechanische oder elektronische Einstellung des Einfallswinkels und bieten so die Flexibilität, den Kontrast auf nicht standardisierten oder in der Produktion variierenden Objekten zu optimieren.
Kombinierte Dom- und Koaxialbeleuchtung
Kombinierte Leuchten vereinen halbkugelförmiges diffuses Licht und koaxiales Glanzlicht in einem Gehäuse und ermöglichen die gleichzeitige oder sequentielle Prüfung gekrümmter reflektierender Objekte und ebener spiegelnder Oberflächen.
Sphärische Mehrsegment-Beleuchtung
Sphärische Mehrsegment-Beleuchtungen unterteilen einen Dom in unabhängig angesteuerte Sektoren, ermöglichen eine feine räumliche Kontrolle der Einfallsrichtung und unterstützen fortschrittliche Techniken wie die richtungsabhängige Fehlerklassifizierung.
Kosten, Komplexität und Rechtfertigung
Erweiterte Konfigurationen sind deutlich teurer und aufwendiger zu integrieren als Standardbeleuchtungen. Ihr Einsatz muss auf einer klaren Prüfanforderung beruhen, die sich mit einfacheren Techniken nicht erfüllen lässt. In der Praxis werden erweiterte Konfigurationen gewählt, wenn die Prüfaufgabe Präzisionsmesstechnik jenseits von 50 Mikrometern, dreidimensionale Rekonstruktion, Multimaterial-Unterscheidung bei hoher Geschwindigkeit oder Kontrastverstärkung auf inhärent schwierigen Objekten wie polierten Kugeln, transparenten Baugruppen und komplexen Mehrschichtprodukten erfordert.
Die Integration erweiterter Konfigurationen erfordert zudem tiefere Ingenieurkompetenz seitens des Systementwicklers. Die Kalibrierverfahren sind komplexer, die Bildverarbeitungsalgorithmen müssen auf die jeweilige Technik zugeschnitten werden, und eine Validierung an einer repräsentativen Stichprobe von Produktionsteilen ist unerlässlich, um eine zuverlässige Leistung sicherzustellen. Der Aufwand an Engineering-Zeit und Komplexität ist gegen den Wert der Prüffähigkeit abzuwägen, die die erweiterte Konfiguration erschließt.
Von Standard zu Erweitert
Die Detailseiten dieses Abschnitts behandeln jede erweiterte Konfiguration im Einzelnen, einschließlich des optischen Prinzips, des typischen Anwendungsbereichs, der Integrationskomplexität und der Art der gewonnenen Informationen, die mit Standardgeometrien nicht zugänglich wären. Jede Technik wird so ausführlich dargestellt, dass der Systementwickler ihre Eignung für ein konkretes Prüfproblem bewerten und eine fundierte Wahl zwischen konkurrierenden Ansätzen treffen kann.
Erweiterte und spezielle LED-Beleuchtungen von RODER Vision
RODER Vision entwickelt anwendungsspezifische erweiterte LED-Beleuchtungen – darunter telezentrische Backlights, polarisierte Konfigurationen, Projektoren für strukturiertes Licht, Arrays für photometrisches Stereo und Mehrsegment-Dome – für die anspruchsvollsten Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung.
- Anwendungsspezifische telezentrische, polarisierte, strukturierte und Mehrsegment-Baugruppen – Kundenspezifische LED-Beleuchtungen
- Durchlichtgeometrien mit telezentrischem Backlight – LED-Durchlichtbeleuchtungen
- Multiazimutale Ringkonfigurationen für photometrisches Stereo und polarisierte Inspektion – LED-Ringbeleuchtungen
- Kompakte gerichtete Projektoren für Anwendungen mit strukturiertem Licht und goniometrische Anwendungen – LED-Spotbeleuchtungen
Erweiterte Beleuchtungstechniken erfordern eine präzise kanalweise Synchronisation – der RODER-Katalog umfasst dedizierte LED-Treiber und elektronische Steuerungen mit programmierbaren Mehrkanalschnittstellen, kompatibel mit industriellen Bildverarbeitungscontrollern und SPS.