Kombinierte Dom- und Koaxial-LED-Beleuchtung

Industrielle Bildverarbeitungsstation mit kombinierter LED-Dom- und Koaxialbeleuchtung, die für die Prüfung von Multimaterial-Baugruppen zwischen dem Modus „bewölkter Himmel“ und dem axialen Modus wechselt

Diffuse und spekulare Beleuchtung in zwei Modi aus einer einzigen Leuchte

Halbkugelförmiger Dom plus Koaxialbeleuchtung mit 45°-Strahlteiler, in einem Gehäuse für den Zwei-Modus-Betrieb integriert.
Aufeinanderfolgende Dom- und Koaxialaufnahmen erfassen am selben Prüfobjekt den komplementären Kontrast diffuser Texturen und spekularer Merkmale.
Ideal für Multimaterial-Baugruppen, komplexe Druckerzeugnisse, Automobilteile mit matten und glänzenden Oberflächen.
Unabhängige Intensitätsregelung je Kanal für ausgeglichene Signalpegel zwischen den Modi.
Modusumschaltung unter 100 μs ermöglicht die Aufnahme im Wechselmodus mit mehreren hundert fps.
50–100 % Mehrpreis gegenüber Einzelmodus-Leuchten — nur bei echtem Bedarf an Zwei-Modus-Prüfung gerechtfertigt.

Kombinierte Dom- und Koaxialbeleuchtungen vereinen halbkugelförmig diffuses Licht und axiales spekulares Licht in einer einzigen Leuchte und bieten damit zwei komplementäre Beleuchtungsmodi aus derselben physischen Position über dem Prüfobjekt. Durch schnellen Wechsel zwischen den beiden Modi kann das System sowohl diffuse als auch spekulare Bilder desselben Prüfobjekts erfassen und so komplementäre Informationen gewinnen, die keine der beiden Konfigurationen allein liefern könnte. Dieser hybride Ansatz ist die Standardlösung für die Prüfung komplexer Multimaterial-Baugruppen und gekrümmter reflektierender Oberflächen.

Funktionsprinzip der kombinierten Beleuchtung

Eine kombinierte Dom- und Koaxialbeleuchtung integriert zwei unabhängige LED-Quellen in einem Gehäuse. Die Dom-LEDs umgeben die Kameraöffnung und richten ihre Emission nach oben und außen auf die Innenfläche eines halbkugelförmigen Diffusors, wodurch eine Beleuchtung vom Typ „bewölkter Himmel“ auf dem darunter liegenden Prüfobjekt entsteht. Die Koaxial-LEDs sind seitlich am Gehäuse montiert und richten ihre Emission auf einen 45-Grad-Strahlteiler, der mit der optischen Achse der Kamera ausgerichtet ist, wodurch eine axiale Beleuchtung durch die Mitte der Domöffnung erzeugt wird. Kombinierte Leuchten werden im Rahmen des Portfolios kundenspezifischer LED-Beleuchtungen entwickelt.

Die beiden Beleuchtungsmodi können unabhängig voneinander oder gleichzeitig aktiviert werden. Die sequenzielle Aufnahme in jedem Modus liefert zwei Bilder desselben Prüfobjekts mit unterschiedlichen Kontrasteigenschaften: Das Dom-Bild hebt die diffuse Oberflächentextur hervor und unterdrückt spekulare Reflexionen, während das Koaxialbild spekulare Merkmale betont und auf ebenen reflektierenden Oberflächen einen hohen Kontrast liefert. Die gemeinsame Verarbeitung der beiden Bilder gewinnt mehr Informationen als jedes Bild für sich.

Synchronisations- und Aufnahmemodi

Die beiden Beleuchtungskanäle werden unabhängig voneinander vom LED-Treiber gesteuert, sodass der Integrator den passenden Modus für jeden Teiletyp wählen oder für die Zweibildaufnahme zwischen den Modi wechseln kann. Die Synchronisation mit der Kamera stellt sicher, dass jedes Bild genau einem Beleuchtungsmodus entspricht, ohne Überlappung oder gegenseitige Beeinflussung der Modi. Mehrkanalige synchronisierte Treiber sind Teil des RODER-Katalogs für LED-Treiber und elektronische Controller.

Typische industrielle Anwendungen

Die kombinierte Dom- und Koaxialbeleuchtung ist unverzichtbar für die Prüfung von Multimaterial-Baugruppen, bei denen verschiedene Teile desselben Produkts unterschiedliche Beleuchtungsstrategien erfordern; für die Qualitätskontrolle komplexer Druckerzeugnisse, die ebene bedruckte Bereiche mit geprägten oder gekrümmten Elementen kombinieren; für die Prüfung von Automobilkomponenten mit matten und glänzenden Oberflächen in derselben Baugruppe; für die Verifizierung von Pharmaverpackungen mit bedruckten Etiketten und reflektierenden Beschichtungen; für das Lesen von Codes auf Prüfobjekten mit mehreren Oberflächen; für die Qualitätskontrolle elektronischer Baugruppen, die Leiterbahnen mit bestückten Bauteilen kombinieren; und für jede Anwendung, bei der die vollständige Prüfung sowohl den diffusen als auch den spekularen Beleuchtungsmodus erfordert.

Auswahlkriterien und Konstruktionsüberlegungen

Die relative Intensität des Dom- und des Koaxialkanals muss so ausbalanciert werden, dass in beiden Modi vergleichbare Signalpegel erreicht werden, was den Bildverarbeitungsalgorithmus vereinfacht. Kombinierte Beleuchtungen in Industriequalität bieten eine unabhängige Intensitätsregelung jedes Kanals über PWM- oder Konstantstrom-Dimmung.

Die Domgeometrie muss so ausgelegt sein, dass der Effekt „bewölkter Himmel“ trotz der Koaxialoptik in der Mitte des Doms erhalten bleibt. Dies erfordert in der Regel einen etwas größeren Domdurchmesser als bei einem reinen Dom mit gleicher aktiver Fläche, um die vom Strahlteiler und der Koaxial-LED belegte zentrale Öffnung auszugleichen.

Umschaltgeschwindigkeit und Multimodus-Prüfung

Für die Multimodus-Prüfung bei hoher Geschwindigkeit muss die Umschaltung zwischen Dom- und Koaxialmodus innerhalb des Bildintervalls der Kamera erfolgen. Controller in Industriequalität unterstützen Umschaltzeiten unter 100 Mikrosekunden und ermöglichen so abwechselnde Dom- und Koaxialaufnahmen bei Kameraraten von mehreren hundert Bildern pro Sekunde.

Integration und Grenzen

Kombinierte Dom- und Koaxialbeleuchtungen werden als Einzeleinheiten mit zwei unabhängigen LED-Treibern integriert, die in der Regel im selben Gehäuse untergebracht sind. Der mechanische Bauraum ist mit dem eines reinen Doms gleicher Abmessungen vergleichbar, ergänzt um das seitlich montierte Koaxial-LED-Array. Die Integration mit Kamera und Bildverarbeitungssteuerung erfolgt nach demselben Verfahren wie bei einer Einzelmodus-Beleuchtung, zuzüglich der Konfiguration der beiden Kanäle.

Die wesentliche Einschränkung der kombinierten Beleuchtung sind die Kosten, die in der Regel 50 bis 100 Prozent über denen einer vergleichbaren Einzelmodus-Beleuchtung liegen. Die Wahl der kombinierten Beleuchtung ist gerechtfertigt, wenn die Prüfaufgabe tatsächlich von beiden Modi profitiert; für Aufgaben, die nur einen Modus erfordern, bietet die entsprechende dedizierte Beleuchtung eine bessere Leistung pro Kosteneinheit. Kompakte diffus-koaxiale Alternativen sind in der Familie der LED-Flat-Dome-Beleuchtungen für flache Integrationsanforderungen verfügbar.

Die zweite Einschränkung ist die geringfügige Verschlechterung jedes einzelnen Modus gegenüber einer dedizierten Dom- oder Koaxialbeleuchtung. Die geometrischen Zwänge des kombinierten Gehäuses führen in jedem Modus zu kleinen Kompromissen, die nur in den anspruchsvollsten Anwendungen spürbar werden. Für die allgemeine Prüfung bietet die kombinierte Beleuchtung eine nahezu gleichwertige Leistung wie dedizierte Einzelmodus-Einheiten, ergänzt um die Flexibilität des Zwei-Modus-Betriebs, die keine Einzelmodus-Einheit bieten kann.