Optische Filter gehören zu den am wenigsten genutzten Hilfsmitteln bei der Konstruktion von Bildverarbeitungssystemen. Wenn eine Kamera und eine Beleuchtungseinheit allein keinen ausreichenden Kontrast zwischen einem Fehler und dessen Hintergrund erzeugen können, verwandelt der richtige Filter eine unzuverlässige Prüfung in einen wiederholbaren, äußerst zuverlässigen Prozess.
Warum optische Filter in der industriellen Bildverarbeitung von Bedeutung sind
In jeder industriellen Umgebung gibt es unerwünschtes Licht – Leuchtstoffröhren an der Decke, Sonnenlicht, das durch Fenster fällt, sowie Reflexionen von benachbarten Geräten. Dieses Umgebungslicht beeinträchtigt den Sensor, verringert den Kontrast und führt zu Fehlakzeptanzen oder Fehlablehnungen. Optische Filter lösen dieses Problem auf Hardware-Ebene, noch bevor das Bild überhaupt verarbeitet wird.
Neben der Unterdrückung von Umgebungslicht erfüllen Filter einen zweiten Zweck: die spektrale Verbesserung. Durch die Anpassung des Durchlassbereichs des Filters an die Wellenlänge der Beleuchtungseinheit werden bestimmte Oberflächenmerkmale sichtbar, die andernfalls durch die natürliche Reflexion des Materials überdeckt würden.
Die wichtigsten Filtertypen und ihre Anwendungsbereiche
Bandpassfilter
Ein Bandpassfilter lässt nur einen schmalen Bereich an Wellenlängen durch – typischerweise ±10 nm bis ±50 nm um eine Mittenwellenlänge herum – und blockiert alles andere. Am Kameraobjektiv angebracht, filtert ein auf eine rote (625 nm) oder infrarote (850 nm) LED-Beleuchtung abgestimmter Bandpassfilter den Großteil des breitbandigen Umgebungslichts aus. Das Ergebnis ist ein stabiles, kontrolliertes Bild, unabhängig von den Lichtverhältnissen in der Fabrikhalle.
Typische Anwendungsbereiche: Barcode-Lesen und OCR (Optische Zeichenerkennung), Etiketteninspektion auf metallischen Untergründen, Oberflächenfehlerkennung auf farbigen Materialien.
Polarisationsfilter
Spiegelreflexionen von glänzenden oder metallischen Oberflächen sind eine der häufigsten Ursachen für überbelichtete Bereiche in Bildern des industriellen Bildverarbeitung. Ein kreuzpolarisiertes System – ein Polarisator an der Beleuchtungseinheit, ein weiterer am Kameraobjektiv, um 90° gedreht – eliminiert direkte Spiegelreflexionen und bewahrt gleichzeitig die Details der diffus reflektierenden Oberflächen.
Typische Anwendungsbereiche: Prüfung von Kunststoffspritzgussteilen, Kratzerkennung auf Metalloberflächen, Überprüfung von Etiketten auf lackierten oder laminierten Verpackungen.
Langpass- und Kurzpassfilter
Langpassfilter lassen alle Wellenlängen oberhalb einer definierten Einstellwellenlänge durch. Kurzpassfilter lassen alle Wellenlängen unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz durch. Diese werden eingesetzt, wenn bei der Inspektionsaufgabe die Infrarot-Beleuchtung vom sichtbaren Spektrum getrennt werden muss oder wenn ein bestimmter Farbkontrast verstärkt oder unterdrückt werden soll.
Typische Anwendungsbereiche: NIR-basierte Inspektion durch Verpackungsfolien hindurch, Farbsortierung anhand des spektralen Kontrasts, UV-Fluoreszenzdetektion.
Farbfilter (Didymium / Kontrastverstärkung)
Farbfilter verstärken den Kontrast zwischen zwei benachbarten Farben, die für eine Schwarz-Weiß-Kamera ähnlich erscheinen. Ein grüner Filter beispielsweise lässt rote Merkmale vor einem helleren Hintergrund dunkler erscheinen – wodurch Tintenflecken, Stempelabdrücke oder Verunreinigungen ohne jegliche softwaregestützte Bearbeitung deutlich besser sichtbar werden.
Die Auswahl des richtigen Filters: Drei wichtige Parameter
- Mittenwellenlänge – Passen Sie diese an die Wellenlänge der LED-Beleuchtung an, um eine maximale Unterdrückung von Umgebungslicht zu erzielen.
- Bandbreite (FWHM) – Eine schmalere Bandbreite sorgt für eine stärkere Unterdrückung von Umgebungslicht, erfordert jedoch eine höhere Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinheiten, um den Transmissionsverlust auszugleichen.
- Filterdurchmesser – muss mit dem Objektivgewinde übereinstimmen oder in einem kompatiblen Adapter montiert werden. Standard-C-Mount-Objektive sind in der Regel mit M30,5-, M37- oder M55-Filterringen kompatibel.
Filter und LED-Beleuchtung: Eine Entscheidung auf Systemebene
Optische Filter entfalten ihre maximale Wirksamkeit, wenn sie gemeinsam mit der Beleuchtungseinheit ausgewählt werden und nicht erst nachträglich hinzugefügt werden. Ein Schmalband-Bandpassfilter an der Kamera in Kombination mit einer Schmalband-LED-Beleuchtung bei derselben Wellenlänge bildet einen geschlossenen Spektralkreislauf – das System ist dadurch im Wesentlichen unempfindlich gegenüber Schwankungen des Umgebungslichts während des gesamten Produktionstages.
RODER Vision liefert MidOpt-Bandpassfilter, Polarisatoren und Farbkontrastfilter, die mit allen gängigen Objektiven für die industrielle Bildverarbeitung und industriellen Kamerahalterungen kompatibel sind und umfassend mit RODER-LED-Beleuchtungseinheiten getestet wurden, um eine garantierte spektrale Abstimmung zu gewährleisten.