Beleuchtungsauswahl

Das gewünschte Prüfergebnis kann nur dann erzielt werden, wenn die Helligkeit oder die Lichtinformationen des Prüfobjekts von der Kamera genau erfasst werden. Daher ist es notwendig, eine für den Zweck geeignete Beleuchtung zu wählen, welche die Ansprüche optimal erfüllt.
Es ist unabdingbar, die zu erkennenden Fremdkörper wie Schmutz, Zeichen und Markierungen, Messteile usw. zu beleuchten, um ein klares Bild zu erhalten. Nachdem das Beleuchtungslicht auf das Objekt auftrifft, wird es je nach Oberflächenbeschaffenheit und Form in verschiedener Weise reflektiert. Um das Objekt genau zu erfassen, ist es wichtig, es je nach Gegenstand und Zweck mit einer stabilen Beleuchtung zu beleuchten.
Keine Beleuchtung ist für alle Gegenstände gleichermaßen gut geeignet. Es ist somit notwendig, die am besten geeignete Methode aus verschiedenen Lichtquellen und Beleuchtungsvarianten und in Abhängigkeit der geltenden Beleuchtungsbedingungen auszuwählen.

Um das Ziel zu erreichen

Bei der Auswahl der Beleuchtung ist es zunächst wichtig zu bestimmen, was genau sichtbar gemacht werden soll Bildverarbeitungsanwendungen lassen sich in vier Hauptkategorien einteilen: Sichtprüfung, OCR, Dimensionsmessung und Ausrichtung.
Es gibt drei wichtige Faktoren, die eine Bildverarbeitung zu einer stabilen Bildverarbeitungsanwendung machen:

Farbe und Kontrast

Eine Farbe, die sich in der entgegengesetzten Position zur Arbeitsfarbe befindet, wird als Komplementärfarbe bezeichnet, d.h. diese Farbe wird hervorgehoben.
Eine ähnliche Farbe (links oder rechts der eigentlichen Farbe), hat hingegen den Effekt die Farbe zu absorbieren (quasi mit ihr verschmelzen). Nutzen Sie diese beiden Effekte gezielt: Wählen Sie Komplementärfarbe, wenn der Hintergrund oder unerwünschte Farben schwarz erscheinen sollen. Soll es hingegen Weiß sein, ist es besser eine ähnliche Farbe zu nehmen Außerdem gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto größer ist die Streuung, so dass auch kleinste Kratzer sichtbar werden.
Für Farbkameras wird häufig eine weiße Beleuchtung verwendet. Die Beleuchtungsfarbe wird also auf der Grundlage der Eigenschaften des Werkstücks und der Wellenlänge ausgewählt.

Emissionsspektrum

Beziehung zwischen Werkstückfarbe und Beleuchtungsfarbe

Form und Zustand

Je nach Form des Werkstücks kann der Beleuchtungswinkel konstant sein, und das gleichmäßig reflektierte Licht der Beleuchtung kann in die Kamera eindringen und auf der schrägen Oberfläche einen Lichthofeffekt verursachen. Wenn die Oberfläche spiegelnd ist, wird der beleuchtete Teil selbst reflektiert. Je nach Form und Beschaffenheit des Werkstücks muss die gleichmäßige und optimale Beleuchtung verschiedenen möglichen Kombinationen gewählt werden: Koaxialbeleuchtung, direkter Beleuchtung, indirekter Beleuchtung sowie Durchlichtbeleuchtung.

Koaxiale Beleuchtung

Spiegelnde Fläche wie z.B. IC-Muster, LCD-Muster-Markierung, Silizium-Wafer-ID-Code, vergoldete Markierung (Ausrichtung)

Eine Beleuchtungsmethode, die senkrecht zum Objekt von oben entlang der optischen Achse des Objektivs erfolgt. Wird vor allem bei spiegelnden Objekten (flach und stark reflektierend) verwendet. Sie eignet sich zum Beispiel zur Hervorhebung von Bereichen mit leicht unterschiedlichem Reflexionsgrad, wie IC-Muster, LCD-Elektroden, Codes auf Siliziumwafern und vergoldete Markierungen. Es gibt die folgenden zwei Methoden, je nachdem, ob das Licht durch das Objektiv geleitet wird oder nicht.

Koaxiales Spotlicht

Ein Spiegel und Strahlenteiler sind in den Objektivtubus eingebaut. So dient die Optik nicht nur dem Zweck der Bildaufnahme. Es wird auch als Beleuchtungsprojektor verwemdet. Man könnte es somit auch als telezentrische Beleuchtung bezeichnen. Wirksam ist es eigentlich nur bei Objekten mit einem hohen Reflexionsgrad, da sie eine positive Reflexion des Lichts erhält, das senkrecht zum Objekt steht. Kratzer und Fremdkörper erscheinen aufgrund der diffusen Reflexion dunkler und heben sich leicht von der gespiegelten Fläche ab. Es eignet sich nicht für Gegenstände, die keine spiegelelnden Eigenschaften haben. Gleiches gilt für Gegenstände, die geneigt sind und nicht direkt reflektiert werden.

Spotlight/High Power Spotlight

Externe Koaxialbeleuchtung

Eine Methode zur vertikalen Beleuchtung eines Objekts mit einem Spiegel oder Strahlteiler. Hier führt das projektierte Licht nicht durch das Objektiv selbst. Aufgrunddessen kann es bis zu einem gewissen Grad mit Objekten umgehen, die nicht spiegelnd sind. Zudem kann in Kombination mit anderen, nicht-telezentrischen Objektiven verwendet werden.
In diesem Fall müssen allerdings die Spiegelgröße und die Blendengröße größer sein als bei telezentrischen Objektiven.

Externe koaxiale Beleuchtungsbox

Direkte Beleuchtung

Kanten mit vielen Unregelmäßigkeiten, die keine Spiegelflächen sind, Oberflächenkratzer, Risse usw.

Es handelt sich um eine Methode zur direkten Beleuchtung eines Objekts und ist die am häufigsten verwendete Beleuchtungsmethode.
Sie wird hauptsächlich zur Erkennung von Merkmalen wie Kratzern und Rissen auf unebenen Oberflächen von Objekten verwendet, die keine Spiegelflächen sind. Da sie direkt auf das Zielobjekt gerichtet ist, wird sie eingesetzt, wenn viel Helligkeit erforderlich ist. Es wird je nach Form des Werkstücks in verschiedenen Formen und Winkeln eingesetzt, z. B. als Ringlicht, (Brightfield und Darkfield), horizontales Ringlicht, Balkenbeleuchtug, Flächenbeleuchtung und Zeilenbeleuchtung.

Direkte Beleuchtung

Ein ringförmiges Licht (360° ), das Schattenbildung verhindert. Es ist einfach zu befestigen und zu installieren und wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. bei der Inspektion von Oberflächenkratzern oder Schmutz sowie beim Lesen von 2D-Codes. Es sind verschiedene Winkel möglich, von der flachen Ausführung bis zur horizontalen Ausrichtung auf das Werkstück.
Im Falle eines gespiegelten Werkstücks kann die Kombination mit einem Polarisationsfolie verhindern, dass das Licht auf dem Werkstück reflektiert wird, oder je nach Abstand kann das Licht unterdrückt oder ungleichmäßig verteilt werden.

Ring/Flach/Niedrigwinkel/Niedrigwinkel Horizontal

Direktes Beleuchtungssystem

Zeilenbeleuchtung

“Ein Beleuchtungssystem, das Licht in Form einer Linie oder auf einer Linie ausstrahlt.
Es wird verwendet, um nur den notwendigen Teil der Linie zu beleuchten, wenn diese von einer Zeilenkamera erkannt wird.
Bei Anwendungen mit Flächenkameras ermöglicht seine scharfe und ausgezeichnete Linearität Erkennungsmethoden durch Hervorhebung kleinster Unregelmäßigkeiten, indem es aus einem Einstrahlungswinkel nahe der horizontalen Richtung beleuchtet wird. Je nach Anwendung können eine Kondensorlinse, eine Diffusorplatte und ein Polarisationsfilter zusammen verwendet werden.”

Direkte Beleuchtung　

Telezentrische Durchlichtbeleuchtung

Diese Beleuchtung wird verwendet, um die Silhouette eines zu prüfenden Objekts zu erfassen, indem das Objekt zwischen Objektiv und die Beleuchtung platziert wird. Sie wird hauptsächlich zur Messung der Form und zur Erkennung von Kratzern auf transparenten Körpern verwendet. Es liefert ein stabiles Bild, da es einen guten Kontrast bietet. Allerdings ist die leuchtende Oberfläche größer als das Objekt und erfordert ausreichend Platz auf der Gegenseite. Um die Lichtmenge zu reduzieren, gibt es auch eine Methode, bei der eine Kondensorlinse verwendet wird, die der NA des telezentrischen Objektivs auf der Empfangsseite entspricht.

Indirektes Beleuchtungssystem

Objekte mit Unregelmäßigkeiten und Höhen, spiegelnde Objekte mit R, Lötstellen von Leiterplatten, usw.

Normalerweise ist bei direkter Beleuchtung die Richtwirkung konstant. Daher kann es je nach Form des Objekts vorkommen, dass es aufgrund von Helligkeitsunterschieden, die durch stark reflektierte Bereiche entstehen, bestimmte Merkmale nicht erkannt werden. Darüber hinaus gibt es Probleme Objektiven die sowohl gekrümmt als auch spiegelnd sind, z. B. wenn der beleuchtende Teil im Objekt reflektiert wird. Um diese Probleme zu lösen, verwenden wir eine indirekte Beleuchtungsmethode, bei der in verschiedene Richtungen abgestrahlt werde kann.

Dom/schattenloses Ringlicht/schattenloses Ringlicht mit niedrigem Winkel

Dies ist eine indirekte Beleuchtungsmethode, bei dem das Licht gestreut und weich beleuchtet wird. Dies geschieht mit Hilfe eines nahezu halbkugelförmigen Reflektor und eine Lichtleiterplatte, die nur das reflektierte Licht von unten auf ein Objekt strahlt. Dadurch trifft das Licht in verschiedenen Winkeln auf das Objekt und ermöglicht eine gleichmäßige Ausleuchtung ohne Ungleichmäßigkeiten, selbst wenn die Oberfläche flach oder gekrümmt ist.
Es ist jedoch nicht geeignet Hochgeschwindigkeitsaufnahmen oder einem hohen Abbildungsmaßstab geeignet, da die Beleuchtungsstärke beim Auftreffen auf den Reflektor oder beim Durchgang durch die Lichtleiterplatte abnimmt.

FOV und Abstand der Beleuchtung

Ein telezentrisches Objektiv hat auch im äußeren Bereich des FOV keinen Bildwinkel, so dass bei direkter Beleuchtung die Lichtgröße etwas größer sein sollte als das FOV selbst. Da normale Objektive einen Bildwinkel haben, muss die Lichtgröße unter Berücksichtigung der Auswirkungen des Bildwinkels bei direkter Beleuchtung oder Durchlicht gewählt werden. Die Leuchte muss unter Berücksichtigung des Sichtwinkels und des zur Verfügung stehenden Platzes ausgewählt werden.

Vergleich der Lichtquellen