Beleuchtungstechnik allgemein

Lichtquellen

Als Lichtquellen werden neben Kaltlichteinrichtungen oder Leuchtstofflampen mit HF-Vorschaltgeräten zunehmend LED-Beleuchtungen eingesetzt, die gegenüber Glüh- und Gasentladungslampen eine längere Lebensdauer besitzen. Sie entwickeln wegen ihrer geringeren Leistungsaufnahme weniger Wärme und lassen sich einfach ansteuern. Nur bei großen Beleuchtungsstärken werden noch konventionelle Lichtquellen angewandt. Leuchtdioden sind für Wellenlängen von infrarotem bis hin zu blauem Licht verfügbar, für Anwendungen der Farbbildverarbeitung kommen auch weiße Dioden zum Einsatz. Aufgrund ihrer Abstrahlcharakteristik werden Beleuchtungen in diffuse und gerichtete Beleuchtungen unterteilt. Beide Beleuchtungsarten lassen sich sowohl für Durchlicht- als auch für Auflichtanwendungen einsetzen.

Durchlichtbeleuchtung (Dunkelfeld)

Die Durchlicht-Hellfeldbeleuchtung erzeugt ein Schattenbild des Objektes vor hellem Hintergrund mit sehr guter Kantenschärfe und Kontrast. Verbesserte Ergebnisse lassen sich mit telezentrischen Durchlichtbeleuchtung erreichen, die störende Reflexe durch Streulicht, welche das Objekt kleiner erscheinen lassen, weitgehend ausschließen.

Bei der Durchlicht-Dunkelfeldbeleuchtung wird mit einem Ringlicht so beleuchtet, daß das direkte Licht ohne Objekt nicht in das Objektiv gelangt. Erst durch die Struktur eines durchsichtigen Objektes wird das Licht gestreut und somit auf dunklem Hintergrund sichtbar.

Die telezentrische Beleuchtung ist eine weitere Form der Durchlichtbeleuchtung. Durch die Anordnung der "Lichtquelle" exakt in der Brennebene einer Linse, verlassen die Haupstrahlen des Lichtkegels die Beleuchtung parallel. Je punktförmiger die Lichtquelle ist um so mehr wird das gesamte Strahlenbündel parallel. Der Einsatz telezentrischer Beleuchtungen im Durchlicht erfolgt in Verbindung mit telezentrischen Objektiven.

Auflichtbeleuchtung (Hellfeld)

Bei der Auflicht-Hellfeldbeleuchtung wird in das Objektiv eingespiegelt. Glänzende Flächen werden nur sichtbar, wenn sie senkrecht zur optischen Achse stehen.

Allgemein wird die Auflichtbeleuchtung als Dunkelfeldbeleuchtung ausgeführt, z. B. mit einem Ringlicht. Diffuse Objektdetails streuen das Licht und werden somit sichtbar. Glänzende Flächen sind nur dann zu sehen, wenn sie so zum Objektiv stehen das sich die Lichtquelle darin spiegelt.

Diffuse Beleuchtungen

sind Flächenbeleuchtungen größerer Ausdehnung welche ein ungerichtetes (diffuses) Licht aussenden. Sie sind sowohl für Auflicht- als auch Durchlichtanwendungen ein-setzbar und ermöglichen eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung des Objektes bzw. des Bildfeldes. Diffuse Beleuchtungen finden überall dort Anwendung, wo flache diffuse Teile im Durchlicht oder glänzende Flächen im Auflicht ausgeleuchtet werden müssen.

Gerichtete Beleuchtungen

Ihr Einsatz kommt zum Ausleuchten meist matter Objekte in Frage. Sie zeigen eine ausgeprägte Vorzugsrichtung des ausgesandten Lichts und bilden bei großer Helligkeit einen guten Kontrast.

lnfrarot-Beleuchtungen

Sie sind - vornehmlich bei Blitzanwendungen - nicht störend sichtbar und bieten bei Verwendung eines Tageslichtsperrfilters vor dem Objektiv den Vorteil, daß sich Fremdlicht weitestgehend aussperren läßt. Da sich viele Oberflächen im Infrarotlicht anders darstellen als bei sichtbarem Licht, ist zu prüfen, ob das Objekt bei diesen Wellenlängen genügend Kontrast bietet. Da das IR-Licht in das Halbleitermaterial des Sensorchips eindringt und somit das Übersprechen zwischen den Pixeln vergrößert, ist zu berücksichtigen, daß sich die Kantenschärfe verringern kann. Desweiteren tritt verstärkt eine Beugung bei kleineren Gesichtsfeldern (Bereich > 2mm) auf.

Der Bereich um 890 nm bietet eine günstigste Wellenlänge. Mit handelsüblichen TageslichtSperrfiltern ist hierbei eine gute Ausblendung von Fremdlicht möglich. Desweiteren ist für die meisten CCD-Sensoren in diesem Wellenlängenbereich der Empfindlichkeitsverlust noch nicht gravierend und läßt sich durch den guten Wirkungsgrad der Dioden ausgleichen.

Applikationsbeispiele - Beleuchtung

Inspektion von Lötausführungen indirekte Beleuchtung indirekte Beleuchtung

in rotem Streulicht werden die Lötstellen und die Verdrahtung weiß dargestellt blaues Streulicht lässt nur die Lötstellen sichtbar erscheinen

Bedruckung Inspektion elektronischer Bauteile direkte Beleuchtung indirekte Beleuchtung

ermöglicht die Ansicht des Aufdrucks genau so deutlich wie auch die E-Anschlusskontakte eine indirekte Beleuchtung blendet den Aufdruck aus und lässt eine deutliche Kerbe in der Oberfläche erkennen

Kondensator-Bauteil visuelle Inspektion and Vermessung indirekte Beleuchtung gerichtete Beleuchtung

Streulicht als Hintergrundbeleuchtung verfälscht die Objektübergänge im Kantenverlauf, wobei parallel gerichtetes Licht einen guten Kontrastübergang des Objektes inklusive der Anschlussfahnen ermöglicht

Oberflächeninspektion Lebensmittelverpackung direkte Beleuchtung indirekte Beleuchtung

direkte Beleuchtung produziert Glanzstellen und Reflektionen die eine Inspektion von Beschädigungen erschweren Indirekte Beleuchtung in entsprechender Farbe blendet rote Beschriftung aus und lässt Beschädigungen erkennen

Trinkbecher Inspektion sichtbare Beleuchtung Ultra violette Beleuchtung

470nm blaues Licht lässt Fremdanteile nicht erkennen 375 nm UV-Licht zeigt Fremdanteile sogar in der gleichen Farbe wie der Trinkbecher

Al- Folienverpackung sichtbare Beleuchtung infrarote Beleuchtung

im sichtbarem Licht ist der Aufdruck auf dem Al-Beutel nicht ausblendbar mit IR-Beleuchtung erscheint der Aufdruck transparent und ermöglicht eine Inspektion auf Beschädigungen der Al-Folie

Prägezeichen Inspektion -Ventilklappe direkte Beleuchtung direkte Beleuchtung

Streulicht im Einsatz bei der Inspektion von graviertem Code auf gekrümmter Oberfläche. Ein bestimmter Teil des reflektierten Lichtes wird hierbei zur Kantenauswertung der "gestempelten" Zeichen genutzt.

Gravierte Zeichen Kolben-Inspektion direkte Beleuchtung indirekte Beleuchtung

Streulicht im Einsatz bei der Kennzeichen-Inspektion auf einem Kolben Ende. von graviertem Code auf gekrümmter Oberfläche. Durch die indirekte Beleuchtung erscheint die geschliffenen Oberfläche hell und die eingebrachte Codierung dunkel und zeigt somit ausreichenden Kontrast zur Bildauswertung.

Aufdruck Leuchtmittel-Inspektion direkte Beleuchtung direkte Beleuchtung

durch Filterung werden auftretende Lichteffekte wie Überstrahlen einzelner Bildbereiche verhindert und der weiße Aufdruck auf der Glasoberfläche erscheint kontrastreich

Inspektion von Lötausführungen	indirekte Beleuchtung	indirekte Beleuchtung

	in rotem Streulicht werden die Lötstellen und die Verdrahtung weiß dargestellt	blaues Streulicht lässt nur die Lötstellen sichtbar erscheinen
Bedruckung Inspektion elektronischer Bauteile	direkte Beleuchtung	indirekte Beleuchtung

	ermöglicht die Ansicht des Aufdrucks genau so deutlich wie auch die E-Anschlusskontakte	eine indirekte Beleuchtung blendet den Aufdruck aus und lässt eine deutliche Kerbe in der Oberfläche erkennen
Kondensator-Bauteil visuelle Inspektion and Vermessung	indirekte Beleuchtung	gerichtete Beleuchtung

	Streulicht als Hintergrundbeleuchtung verfälscht die Objektübergänge im Kantenverlauf, wobei parallel gerichtetes Licht einen guten Kontrastübergang des Objektes inklusive der Anschlussfahnen ermöglicht
Oberflächeninspektion Lebensmittelverpackung	direkte Beleuchtung	indirekte Beleuchtung

	direkte Beleuchtung produziert Glanzstellen und Reflektionen die eine Inspektion von Beschädigungen erschweren	Indirekte Beleuchtung in entsprechender Farbe blendet rote Beschriftung aus und lässt Beschädigungen erkennen
Trinkbecher Inspektion	sichtbare Beleuchtung	Ultra violette Beleuchtung

	470nm blaues Licht lässt Fremdanteile nicht erkennen	375 nm UV-Licht zeigt Fremdanteile sogar in der gleichen Farbe wie der Trinkbecher
Al- Folienverpackung	sichtbare Beleuchtung	infrarote Beleuchtung

	im sichtbarem Licht ist der Aufdruck auf dem Al-Beutel nicht ausblendbar	mit IR-Beleuchtung erscheint der Aufdruck transparent und ermöglicht eine Inspektion auf Beschädigungen der Al-Folie
Prägezeichen Inspektion -Ventilklappe	direkte Beleuchtung	direkte Beleuchtung

	Streulicht im Einsatz bei der Inspektion von graviertem Code auf gekrümmter Oberfläche. Ein bestimmter Teil des reflektierten Lichtes wird hierbei zur Kantenauswertung der "gestempelten" Zeichen genutzt.
Gravierte Zeichen Kolben-Inspektion	direkte Beleuchtung	indirekte Beleuchtung

	Streulicht im Einsatz bei der Kennzeichen-Inspektion auf einem Kolben Ende. von graviertem Code auf gekrümmter Oberfläche. Durch die indirekte Beleuchtung erscheint die geschliffenen Oberfläche hell und die eingebrachte Codierung dunkel und zeigt somit ausreichenden Kontrast zur Bildauswertung.
Aufdruck Leuchtmittel-Inspektion	direkte Beleuchtung	direkte Beleuchtung

	durch Filterung werden auftretende Lichteffekte wie Überstrahlen einzelner Bildbereiche verhindert und der weiße Aufdruck auf der Glasoberfläche erscheint kontrastreich