Diffuse Beleuchtung wie bei bedecktem Himmel entlang langgestreckter reflektierender Prüfobjekte
- Der streuende Tunnel mit quadratischem Querschnitt umgibt das Objekt von vier Seiten mit longitudinaler Invarianz.
- Das Licht trifft aus jeder für den jeweiligen Punkt sichtbaren Richtung ein, über die gesamte Länge des Prüfobjekts.
- Die Kamera wird je nach Inspektionsgeometrie oben, seitlich oder stirnseitig montiert.
- Der Innenquerschnitt sollte mindestens das 3- bis 4-Fache der größten Objektabmessung betragen.
- Vorherrschende Geometrie für Flaschen, Fläschchen, Dosen, Strangpressprofile und zylindrische Verpackungen.
- Blitz- und Zeilenkameravarianten für die Hochgeschwindigkeitsinspektion auf durchlaufenden Förderbändern.
Die kontinuierliche diffuse Beleuchtung mit quadratischem Querschnitt, üblicherweise als SCDI abgekürzt, überträgt den Effekt des bedeckten Himmels der Kuppelbeleuchtung auf langgestreckte Prüfobjekte, die nicht in einer halbkugelförmigen Vorrichtung inspiziert werden können. Indem der Inspektionsbereich von einem vorne und hinten offenen Streutunnel mit quadratischem Querschnitt umschlossen wird, liefert SCDI von allen Seiten gleichmäßiges diffuses Licht über die gesamte Länge eines langgestreckten Objekts wie einer Glasflasche, eines Metallprofils oder eines zylindrischen Behälters.
Funktionsprinzip von SCDI
Eine SCDI-Vorrichtung ist als Rohr mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt aufgebaut, mit streuenden Innenwänden, verdeckt montierten LEDs und einer Kameraöffnung oben oder an einer Seite. Das geprüfte Objekt durchläuft den Tunnel entlang seiner Längsachse und erhält gleichzeitig Licht von allen vier Innenwänden. Da die Geometrie entlang der Tunnelachse invariant ist, ist die Beleuchtung an jeder Stelle über die Länge des Objekts identisch, was eine gleichmäßige Inspektionsbedingung schafft, die nicht von der Position des Objekts im Tunnel abhängt.
Die streuenden Wände sind typischerweise mit einem weißen Material hoher Reflexion und starker Streuung ausgekleidet, das die LED-Emission im gesamten Innenvolumen verteilt. Das entstehende Lichtfeld verbindet die Winkelcharakteristik einer halbkugelförmigen Kuppel (Beleuchtung aus jeder für den jeweiligen Punkt sichtbaren Richtung) mit der longitudinalen Invarianz, die die kontinuierliche Inspektion langgestreckter Teile erfordert.
Geometrische Beziehung zwischen Tunnel und Prüfobjekt
Der Querschnitt des Tunnels muss das größte zu erwartende Objekt mit ausreichendem Rand aufnehmen, damit die Gleichmäßigkeit erhalten bleibt. Wie bei einer Kuppel sollten die Innenmaße mindestens das Drei- bis Vierfache der maximalen Querabmessung des geprüften Objekts betragen. Die Länge des Tunnels bestimmt, welcher Teil des Objekts in jedem Moment gleichmäßig ausgeleuchtet wird, und wird üblicherweise so gewählt, dass sie das Sichtfeld der Kamera mit einem kleinen Rand an Vorder- und Hinterkante abdeckt.
Typische industrielle Anwendungen
SCDI ist die vorherrschende Beleuchtungsgeometrie für die Inspektion zylindrischer Behälter in der Getränkeindustrie, darunter Glas- und PET-Flaschen auf Oberflächenfehler, Fremdkörper, Füllstand und Etikettenpasser; für die Qualitätskontrolle von Metalldosen auf Beulen, Kratzer, Falzdichtheit und bedruckte Etiketten; für die Inspektion pharmazeutischer Fläschchen und Spritzen auf Risse, Verunreinigungen und Maßabweichungen; für die Oberflächeninspektion von Strangpressprofilen aus Aluminium, Kunststoff und Gummi; und für die Qualitätskontrolle langgestreckter, reflektierender Industrieprodukte, bei denen über die gesamte Länge des Teils eine gleichmäßige, schattenfreie Ausleuchtung erforderlich ist. SCDI-Vorrichtungen werden als anwendungsspezifische Einheiten innerhalb des Portfolios der kundenspezifischen LED-Beleuchtungen entwickelt.
Auswahlkriterien und Auslegungsaspekte
Der Querschnitt des Tunnels muss das Objekt mit ausreichendem Rand aufnehmen, und die Länge muss das Sichtfeld der Kamera abdecken. Die Position der Kameraöffnung – oben, an einer Seite oder stirnseitig am Tunnel – bestimmt die Inspektionsgeometrie. Eine oben montierte Kamera mit seitlich durchlaufendem Objekt ermöglicht die Zeilenkamera-Kompatibilität für die kontinuierliche bahnartige Inspektion. Eine stirnseitig montierte Kamera mit dem Objekt, das entlang der Tunnelachse vorrückt, erlaubt die Bildaufnahme zylindrischer Behälter durch den Tunnel hindurch.
Der spektrale Gehalt wird nach dem Prüfobjekt gewählt. Weiße SCDI-Vorrichtungen sind Standard für die Farbinspektion von Verpackungen und bedruckten Etiketten. Monochromatische Ausführungen, typischerweise in Rot oder im nahen Infrarot, werden bevorzugt, wenn an der Kamera eine Schmalbandfilterung zur Unterdrückung des Umgebungslichts eingesetzt wird oder wenn das Objekt eine bestimmte Wellenlänge für optimalen Kontrast erfordert.
Blitzbetrieb und Zeilenkamera-Kompatibilität
SCDI-Vorrichtungen unterstützen den Blitzbetrieb, der auf schnellen Inspektionslinien mit mehreren hundert Behältern pro Minute unverzichtbar ist. Die mit der Kamerabelichtung synchronisierten Blitzimpulse frieren die Bewegung innerhalb von Mikrosekunden ein und liefern den für kurze Belichtungszeiten erforderlichen Photonenfluss. Zeilenkamera-kompatible SCDI-Varianten integrieren eine kontinuierliche Beleuchtung hoher Intensität, abgestimmt auf die Aufnahmerate der Zeilenkamera, die eine konstante Ausleuchtung der aktiven Zeile sicherstellt, während das Objekt durch den Tunnel vorrückt.
Integration und Grenzen
Die wesentliche mechanische Einschränkung von SCDI ist die Notwendigkeit, das geprüfte Objekt ohne Berührung der Innenwände durch den Tunnel zu fördern und dabei eine gleichbleibende Position relativ zur optischen Achse der Kamera zu wahren. Förderbandauslegung und Führungsschienen müssen auf die Tunnelabmessungen abgestimmt sein; jede Vibration oder Fehlpositionierung des Objekts beeinträchtigt die Gleichmäßigkeit des Bildes.
SCDI ist hinsichtlich der Photonenausnutzung weniger effizient als eine gerichtete Beleuchtung, da die diffuse Abstrahlung das Licht in alle Richtungen verteilt. Für Anwendungen, die sehr kurze Belichtungszeiten auf schwach reflektierenden Objekten erfordern, sollten alternative Geometrien wie mehrere im Blitzbetrieb arbeitende Balkenbeleuchtungen oder fokussierte Flächenbeleuchtungen geprüft werden. SCDI bleibt die optimale Wahl, wenn das Objekt langgestreckt und reflektierend ist und von der longitudinalen Invarianz der Beleuchtung profitiert – Bedingungen, die in der Getränke-, Pharma- und Verpackungsindustrie weit verbreitet sind.
SCDI- und Tunnelbeleuchtungen von RODER Vision
RODER Vision entwickelt anwendungsspezifische SCDI- und Tunnelbeleuchtungseinheiten für die industrielle Inspektion langgestreckter reflektierender Prüfobjekte in der Getränke-, Pharma- und Verpackungsindustrie. Jede Einheit wird auf die Objektabmessungen, die Fördergeschwindigkeit und die Inspektionsgeometrie der jeweiligen Produktionslinie ausgelegt.
- Diffuse Tunnelbeleuchtung mit quadratischem Querschnitt für zylindrische und langgestreckte Prüfobjekte — Kundenspezifische LED-Beleuchtungen
- Balkenbeleuchtungs-Alternativen für die Zeilenkamerainspektion bewegter Bahnware und Profile — LED-Balkenbeleuchtungen
- Durchlichtbeleuchtung für transparente Flaschen und Fläschchen — LED-Durchlichtbeleuchtungen
Für schnelle Inspektionslinien, die Blitzbetrieb oder eine mit der Zeilenkamera synchronisierte Ansteuerung erfordern, umfasst der RODER-Katalog spezielle LED-Treiber und elektronische Controller, die mit Bildverarbeitungscontrollern und SPS kompatibel sind.