Beleuchtung

Merkmale & Fehler sichtbar machen

Beleuchtungen für Zeilenkameras

Für die Beleuchtung einer Zeilenkamera-Applikation wird letztlich nur eine dünne Lichtlinie benötigt, da jeweils nur eine ein, zwei, vier (oder im Extremfall bis zu 196 Pixel: TDI) breite Zeile vom Sensor erfasst wird. Wichtig für alle Zeilenkamera-Anwendungen ist jedoch, dass das Licht möglichst hell und extrem hochfrequent ist, um Bildflackern zu vermeiden.

Heute werden fast ausschließlich LED-Linienbeleuchtungen eingesetzt. Wurden HighPower-LED-Zeilenbeleuchtungen in den Anfängen noch aktiv mit Wasser oder Lüftern gekühlt, werden sie heute meist passiv gekühlt. Eine gute Wärmeableitung durch eine metallische Montagefläche ist aber auch heute noch wichtig.

Beleuchtungstypen für Zeilenkamera-Anwendungen

Vergleichbar mit 2D-Technologien

Direkte LED-Linienbeleuchtungen können als Auflicht oder Dunkelfeldbeleuchtung verwendet werden.
Breitere, weniger helle Linienbeleuchtungen mit Diffusor dienen als Durchlicht.
Auch Tunnelbeleuchtungen oder Koaxialbeleuchtungen für diffuse Beleuchtung sind heute im Einsatz, wenn Objekte stark reflektieren und die Oberfläche nicht sehr homogen ist.

Multi-Beleuchtung

Bei Zeilenkamerasystemen sind auch Kombinationen verschiedener Verfahren denkbar. Beispielsweise kann bei einer Farbzeilenkamera gleichzeitig eine Beleuchtung für Auflicht und eine blaue Beleuchtung für Durchlicht verwendet werden. Dadurch stehen beide Bildinformationen gleichzeitig zur Verfügung.

Auch sequentielle Aufnahmen nacheinander (z.B. Hellfeld, dann Dunkelfeld) sind mit einigen Zeilenkameras möglich, erfordern aber eine sehr schnelle Beleuchtungsansteuerung. Danach muss nur noch jede zweite Zeile in ein eigenes Bild extrahiert werden. Fertig!

Koaxialbeleuchtung für Zeilenkameras

Auflicht-Beleuchtung Zeilenkamera

Dies ist das Standardverfahren zur Oberflächeninspektion mit Zeilenkameras.
Kamera und Beleuchtung werden so angeordnet, dass die Kamera im Reflexionswinkel zur Beleuchtung steht (Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Dadurch wird möglichst viel Auflicht erfasst.
Dies funktioniert besonders gut bei spiegelnden Materialien. Auf diese Weise erscheinen helle Stellen hell und dunkle Stellen dunkel.
Sind Oberflächenstrukturen nicht in diesem Winkel angeordnet, sondern geneigt, erscheinen sie im Kamerabild ebenfalls dunkel. Kratzer in der Materialoberfläche oder schräge Phasen etc. erscheinen im Bild als dunklere Grautöne.

Auflicht-Verfahren (Hellfeld)

Dunkelfeldbeleuchtung Zeilenkamera

Ein Dunkelfeldeffekt kann auch mit einer Zeilenkamera erreicht werden. Dazu wird die Beleuchtung nicht im Reflexionswinkel, sondern deutlich flacher auf das Bauteil gerichtet.
Das direkt reflektierte Licht gelangt nicht zur Kamera, das Bildfeld erscheint dunkel.
Nur das schwache Streulicht wird vom Kamerasystem erfasst, daher ist für diese Technik sehr viel Licht erforderlich.
Kratzer, Vertiefungen, Erhebungen oder Prägungen erscheinen hell, da sie das Licht aufgrund einer unebenen Oberfläche streuen. Ideale Methode zur Erkennung von Oberflächenfehlern auf glatten Materialien.

Dunkelfeld-Verfahren

Durchlicht-Beleuchtung Zeilenkamera

Bei diesem Beleuchtungsszenario stehen sich Kamera und Beleuchtung genau gegenüber, der zu prüfende Gegenstand befindet sich dazwischen.
Dadurch werden die Konturen undurchsichtiger Materialien sichtbar, Kantenausbrüche können erkannt und das Bauteil vermessen werden.
Bei transparenten Objekten (z.B. Gläser, Folien etc.) können mit dieser Methode Blasen, Risse oder evtl. Kantenausbrüche im Material sichtbar gemacht werden.

Dunkelfeld-Verfahren

Tipps zum Ausrichten der Linien-Beleuchtung

Die Zeilenkamera erfasst oft nur einen wenige 1/10 mm breiten Streifen des Bildfeldes. Dieser muss mit einem ebenfalls sehr dünnen Lichtstreifen exakt getroffen und ausgeleuchtet werden:

Nehmen Sie dazu ein Kalibriertarget mit einem etwas breiteren schwarzen Streifen (evtl. auch mit Querteilung) und richten Sie es quer zum Band aus.
Schalten Sie die Kamera vom Triggerbetrieb in den Freilaufbetrieb ohne Verwendung von Encoder- und Triggersignalen.
Das Kalibrier-Target so positionieren, dass der schwarze Bildstreifen über seine gesamte Länge vollständig von der Zeilenkamera erfasst wird. Da das Bild typischerweise als Bildblock aus vielen Bildzeilen besteht, muss dieser nun komplett schwarz werden.
Fahren Sie mit einem Stift über die Linie ins Bild. Sie können nun die Positionen rechts und links im Kamerabild bestimmen. Markieren Sie diese ggf. auch auf Ihrem Kalibrations-Target.
Sie kennen nun genau die Position, die von der Kamera erfasst wird. Richten Sie nun Ihre Beleuchtung in Winkel und Arbeitsabstand wie gewünscht aus und fokussieren Sie, wenn möglich, den Lichtstrahl für maximale Helligkeit.

Target zur Kaliration und Justage

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