Die Oberflächengeometrie in Kombination mit einer Lichtquelle hat gravierenden Einfluss auf das resultierende Kamerabild.
Insbesondere beim Einsatz gerichteter, punktförmiger Lichtquellen gilt für das reflektierte Licht die einfache Regel "Einfallswinkel = Ausfallswinkel".
Für kollimierte Auflichtbeleuchtungen (Kondensor- / Telezentrieprinzip) gilt dies in besonderem Maße, da hier das emittierte Licht extrem parallel ist und kein weiteres diffuses Licht abgestrahlt wird. Aber auch diffuse Beleuchtungstechniken können gerichtetes Licht erzeugen: Eine diffuse koaxiale Auflichtbeleuchtung leuchtet weitgehend gerichtet.
Beleuchtung von oben
Wird das Objekt von oben beleuchtet, erfolgt eine starke Reflexion in Richtung Kamera, die ebene Bauteiloberfläche strahlt hell.
An schrägen Kanten, Wölbungen und Phasen wird das Licht seitlich gebrochen, sie erscheinen im Kamerabild dunkel, da dieses Licht nicht auf den Kamerasensor trifft.
Ebene und schräge Flächen mit
Lichteinfall von oben
Beleuchtung von der Seite
Bei seitlichem Lichteinfall wird auf der ebenen Fläche des Prüfobjekts das Licht zur Seite hin reflektiert und fällt nicht auf den Kamerasensor.
Die Oberfläche erscheint dunkel. In unserem Beispiel wurde das Ringlicht so angeordnet, dass die schräge Phase genau im "Glanzwinkel" steht. Das Licht wird zur Kamera reflektiert, sie erscheint hell.
Leicht mattierte, gebürstete Oberfläche
Direkt gerichtete Beleuchtung auf sphärischen und zylilndrischen Flächen
Das ideale Testobjekt für den Einfluss der Oberflächengeometrie auf die Lichtrichtung ist eine polierte Stahlkugel (vereinfacht auch ein glatter Metallzylinder). Hier lässt sich sehr gut beobachten, was eine Beleuchtung homogen auszuleuchten vermag.
Bei gerichteter Beleuchtung von oben entsteht auf der glatten Oberfläche ein starker Lichtreflex. Das Licht wird überwiegend reflektiert. Bei punktförmiger Beleuchtung ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel. Bei einer direkt gerichteten Auflicht-Beleuchtung, z. B. einem LED-Ringlicht, ist der Raumwinkel, den das Licht ausleuchten kann, sehr klein. Der Abstrahlwinkel von LEDs beträgt typischerweise 15 Grad, wobei die Helligkeitsverteilung über diesen Winkel nicht konstant ist, so dass die abgestrahlte Lichtverteilung in Wirklichkeit viel gerichteter erscheint.
Gerichtetes Licht auf sphärischer Form
Diffuse Auflicht-Beleuchtung auf gewölbter Oberfläche
Die Situation verbessert sich, je diffuser die Beleuchtung und je größer der ausgeleuchtete Bereich ist. Wenn eine diffuse Auflichtbeleuchtung einen Raumwinkel von 90 Grad lückenlos ausleuchtet, kann mit einem homogen ausgeleuchteten Bildausschnitt von insgesamt 45 Grad gerechnet werden.
Achtung: Großflächig abgestrahltes Licht hat noch lange keinen großen Ausleuchtungswinkel, wenn nur einfache Diffusorplatten das Licht punktförmiger Lichtquellen streuen.
Diffuses Auflicht auf sphärischer Form
Domartige Beleuchtung auf zylindrischen und gewölbten Oberflächen
Wirklich homogenes Licht kann nur mit einer sphärischen Dombeleuchtung erzeugt werden. Der Raumwinkel, der auf der Kugel ohne Eintauchen des Prüflings in den Dom ausgeleuchtet wird, beträgt im Idealfall 90 Grad bei einer Ausleuchtung von 180 Grad.
Bei der Beleuchtung einer Kugel zum Rand hin sind daher auch hier noch starke Lichtverluste und deutliche Abschattungen zu beobachten, da der Lichteinfall ohne Eintauchen in die Beleuchtungskuppel nur maximal 180 Grad betragen kann.
Dom auf sphärischer Form
Passende Beleuchtung gesucht?
Vision-Doctor.de ist ein privates, unabhängiges, nicht-kommerzielles Homepage-Projekt ohne Kunden-Support.
Optimale Beratung, Schulung und Verkauf von industriellen Beleuchtungen erhalten Sie hier.
(externer Link Partner-Webseite)
