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Vision-Doctor

Beleuchtung

Merkmale & Fehler sichtbar machen

Wechselwirkungen an der Oberfläche

Jedes Teil ist anders...

Je nach Werkstoff und Werkstoffoberfläche treten beim Auftreffen von Licht unterschiedliche Effekte an der Oberfläche auf. Das einfallende Licht wird zum Teil absorbiert, zum Teil reflektiert und je nach Materialoberfläche auch gestreut. Licht kann auch zunächst absorbiert und dann wieder (re-)emittiert werden. Man spricht dann von Remission.

Bei undurchsichtigen, halbdurchsichtigen oder durchscheinenden Materialien kann das Licht auch durch den Körper hindurchgehen (Transmission). In einigen Fällen wird das Licht an der Oberfläche polarisiert oder gebeugt. Manche Gegenstände können sogar Licht aussenden (Leuchtreklame, LED-Segmente, Displays), in einer anderen Lichtfarbe fluoreszieren oder phosphoreszieren (nachleuchten).

In der Regel tritt keiner dieser Effekte allein auf, sondern es handelt sich immer um eine Kombination mehrerer Effekte. Die Gewichtung der einzelnen Anteile von Reflexion, Streuung, Absorption, Remission, Transmission und Elution hängt jedoch stark von den Material- und Oberflächeneigenschaften ab.

Wechselwirkungen von Licht & Bauteil

Einfluss der Wellenlänge des Lichts auf Oberflächen

  • Je kurzwelliger die Wellenlänge des verwendeten Lichtes (Blau- oder UV-Strahlung), desto höher ist der Anteil des Streulichtes an der Oberfläche, Absorption, Remission und Transmission nehmen ab. Oberflächenfehler werden deutlicher sichtbar.
  • Je langwelliger das Licht ist (rotes Licht oder IR-Strahlung), desto mehr wird das Material durchdrungen und die beobachtbaren Oberflächenphänomene im Kamerabild nehmen ab. Ein Blick unter die Oberfläche oder eine Durchleuchtung des Körpers ist eventuell möglich.

Effekte von kurz- und langwelligem Licht

Licht-Wechelwirkungen einiger Werkstoffe

Metalle

Metalle reflektieren einfallendes Licht stark. Bei senkrechter Beleuchtung mit direkten Lichtquellen kommt es häufig zu Reflexionen an der Leuchte. Eine Neigung des Objekts, der Beleuchtung oder der Kamera kann hier Abhilfe schaffen. Sind Metalle gebürstet, mattiert oder sandgestrahlt, streuen sie an der Oberfläche sehr viel Licht und die optische Prüfung wird stark vereinfacht. Vorsicht bei sehr fein bearbeiteten, kreisförmigen Metalloberflächen (Drehteile usw.). Das Licht kann auf der ebenen Oberfläche einen "Propellereffekt" zeigen, der durch Interferenzen des Lichtes hervorgerufen wird. Metalle müssen in der Regel mit diffusen Beleuchtungen bestrahlt werden. Ebene und glatte Oberflächen eignen sich für Koaxialbeleuchtungen, gewölbte und stark strukturierte Oberflächen müssen mit extrem diffusen Dombeleuchtungen beleuchtet werden. Zwei Metalle des Periodensystems und einige Legierungen sind farbig. So können Gold und goldfarbene Gegenstände (z.B. Messing) durch blaues Licht dunkler erscheinen. Kupfer kann nach dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung mit grünem oder blauem Licht abgedunkelt werden. Metalle können im Auflicht mit Polarisationsfiltern verdunkelt werden.

Papier, Kartonagen, Holz

Matte Papiere und Kartons streuen das Licht an der Oberfläche aufgrund der feinen, in alle Raumrichtungen verteilten Zellulosefasern sehr gut. Helle Papiere weisen einen hohen Reflexions- und Remissionsgrad auf, sind sie sehr dünn, transmittieren sie das Licht entsprechend. Der Druck auf der Rückseite kann dann störend wirken. Glänzende Papiere reflektieren durch die Lackschicht auf der Oberfläche sehr viel Licht. Hier hilft nur eine Neigung der direkten Beleuchtung, des Körpers oder der Kamera, um nicht im Glanzwinkel zu prüfen. Eventuell helfen auch Polarisationsfilter, bei stark glänzenden Papieren auch diffuse Beleuchtung. Holz weist einen sehr hohen Anteil an Lichtstreuung auf, so dass Oberflächenprüfungen in der Regel problemlos möglich sind. Will man tiefer in organische Materialien wie Holz (oder auch Obst, Gemüse) hineinschauen, wird häufig mit Infrarotlicht geprüft. Das Licht reflektiert und streut weniger und dringt in das Material ein, um dort Fehler sichtbar zu machen.

Kunststoffe und Folien

Kunststoffe und Folien sind meist eingefärbt und streuen und reflektieren das Licht je nach Oberflächenbeschaffenheit mehr oder weniger stark. Glanzreflexe können durch Polarisationsfilter unterdrückt werden. Kunststoffe können auch opak (halbtransparent) sein und Licht sehr gut streuen. Je kurzwelliger das verwendete Licht ist, desto mehr Licht wird an einem halbtransparenten Körper gestreut und absorbiert, langwelliges Licht wird eher durchgelassen (siehe Durchlichtbeleuchtung und IR-Beleuchtung). Volltransparente Kunststoffe lassen das meiste Licht durch, eventuell kann mit spannungsoptischen Techniken durch Polarisation das Objekt abgedunkelt werden. Auch kollimiertes (parallel strahlendes) Licht kann ggf. zusätzliche Kontraste im Durchlicht erzeugen.

Glas

Die Prüfung von Flachglas erfolgt häufig im Durchlicht und erzeugt nur relativ geringe Kontraste. Sehr kurzwelliges Licht kann hier bei der Prüfung etwas helfen. Eventuell kann hier im Auflicht mit großflächig diffusen Leuchtflächen die helle Reflexion der Leuchtfläche im Glas selbst auf Fehler überprüft werden. Andere Prüftechniken basieren auf der seitlichen Lichteinkopplung in das Glas an einer glatten Kante. Das Glas wirkt dabei als Lichtleiter, an Fehlstellen, Blasen etc. wird das Licht stark gestreut und die Fehlstelle im Kamerabild wird dunkel. Glas ist ein schwieriges Prüfobjekt.

Spiegelglas

Auch ein optisch hochwertiger Spiegel reflektiert nur ca. 95 % des einfallenden Lichts, der Rest wird an der Oberfläche gestreut und absorbiert. Oberflächen können mit großflächigen diffusen Leuchtflächen beleuchtet werden, man prüft dann das Abbild der Beleuchtung als Spiegelbild. Oberflächenformen von gewölbten Spiegeln usw. können durch Prüfung von darüber angebrachten Bildern (Punktemuster, Gitter, Streifen auf hellem Hintergrund) und Prüfung des Spiegelbildes erhalten werden.

Keramiken

Diese Werkstoffe zeichnen sich häufig durch eine leicht poröse Struktur aus, die durch Einfärbung von leicht durchscheinend, weiß bis schwarz alle Farben annehmen kann. Dünne, leicht durchscheinende Keramiken lassen Licht durch, absorbieren und streuen einen großen Teil des Lichts. Dadurch sind an der Oberfläche kaum Reflexionen zu erwarten, jedoch sind Rissprüfungen und das Auffinden von Fehlstellen mit Dunkelfeldbeleuchtung teilweise schwierig, da viel Licht remittiert wird.

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