Anwendungsspezifische Objektiv- und Beleuchtungsauswahl

【Beleuchtungswahl - Schritt 1】Festlegen der Abstrahlungsrichtung (Spiegelreflexion, diffuse Reflexion, Durchlicht)

Grundlagen des Lichts

Wenn das Licht (dunkelgrauer Pfeil) auf die Oberfläche des Teils trifft, kann es breit in vier verschiedene Richtungen gestreut werden

1. Spiegelreflexion, bei der das Licht in demselben Winkel reflektiert wird, Prinzip Einfalls- gleich Ausfallswinkel
2. Diffus reflektiertes Licht wird an der Teiloberfläche gestreut
3. Durchtretendes Licht geht direkt durch das Teil hindurch
4. Diffus durchtretendes Licht wird an der Oberfläche gestreut und geht dann hindurch

Legt man das einfallende Licht auf 100 % fest, dann wird der Teil des Lichts, der im selben Winkel zurückgeworfen wird, als Spiegelreflexion, das übrige Licht als diffuse Reflexion und die Summe aus beiden Werten als Gesamtreflexion bezeichnet.

Drei Haupttypen von Beleuchtungsrichtungen, die für die industrielle Bildverarbeitung in Frage kommen.

• Typ mit Spiegelreflexion

  Das Licht, das auf das Objektiv trifft, wird vom Prüfobjekt wie von einem Spiegel zurückgeworfen, was vor allem bei Teilen mit reflektierenden Oberflächen wie Glassubstraten besonders effektiv funktioniert

• Diffus reflektierender Typ

  Auf das Objektiv trifft ein gleichförmig gestreutes Licht, während es gespiegeltes Licht aussendet. Dieser Typ ist vor allem für Prüfungen von durchsichtigen Bändern geeignet, wenn reflektierende Bereiche ignoriert werden sollen.

• Typ mit durchtretendem Licht (Hintergrundbeleuchtung)

  Das Licht trifft von unten auf das Prüfobjekt, sodass sich mit/ohne durchtretendem Licht eine Silhouette abzeichnet. Dieser Typ eignet sich vor allem bei lichtdurchlässigen Teilen wie Vliesstoffen.

(1) Beispiel für einen Typ mit Spiegelreflexion
Prüfung von Glassubstrat auf Werkstofffehler

(2) Beispiel für den diffus reflektierenden Typ
Prüfung von Folienaufdrucken an einem Mikrochip

(3) Beispiel für den Typ Hintergrundbeleuchtung
Erkennung von Fremdkörpern in einem Vliesstoff

【Beleuchtungswahl - Schritt 2】Festlegen von Beleuchtungstyp und -form

Nachdem die Beleuchtungsrichtung festgelegt ist, muss anschließend noch entsprechend der Prüfanforderung, dem Hintergrund und den Umgebungsbedingungen das passende Beleuchtungsmodell ausgewählt werden. Wählen Sie aus den Beleuchtungsoptionen für jede Beleuchtungsrichtung, wie unten dargestellt einen geeigneten Beleuchtungstyp aus.

【Beleuchtungswahl - Schritt 3】Festlegen der Farbe des Lichts/Wellenlänge

In einem letzten Schritt muss man sich für eine Beleuchtungsfarbe entscheiden, die für das vorliegende Teil und den Hintergrund am besten ist. Weiß ist für gewöhnlich die erste Wahl, wenn man mit einer Farbkamera arbeitet. Bei Verwendung einer Schwarz-Weiß-Kamera muss man sich dagegen der folgenden Punkte bewusst sein.

Komplementärfarben

Gegenüberliegende Paare im Farbkreis werden als Komplementärfarben bezeichnet. Wenn Licht in einer Komplementärfarbe auf eine Gegenfarbe auftrifft, wird diese nahezu schwarz.

Wellenlänge

Je nach Wellenlänge erscheint Licht in einer anderen Farbe. Licht mit einer größeren Wellenlänge (rot) geht mühelos durch eine Folie hindurch, während kürzere Wellenlängen (blau) eher zur Diffusion neigen, wenn die Oberfläche Unebenheiten wie Kratzer aufweist.

【Objektivwahl - Schritt 1】Berechnung von Brennweite und Sichtfeld

Zu den technischen Daten eines Objektivs gehört die Brennweite. Typische Objektivbrennweiten in der Werksautomation sind 8, 16, 25 und 50 mm. Aus dem Sichtfeld (Field of View = FOV) und der Brennweite lässt sich der Arbeitsabstand (Working Distance = WD) berechnen, also der Abstand, an dem die Kamera für das zu erfassende Prüfobjekt scharf gestellt ist.

Die Werte für WD und FOV hängen von der Brennweite des Objektivs und der Größe des Bildsensors ab. Wenn der Arbeitsabstand (WD) größer als der Mindest-Arbeitsabstand und kein Nahaufnahmering erforderlich ist, kann WD anhand der folgenden Formel berechnet werden.

Beispiel 1: Bei Verwendung eines Objektivs mit einer Brennweite
von 16 mm und einem Bildsensor von 3,6 mm sollte
WD bei 200 mm liegen, um ein Sichtfeld von 45 mm
zu erhalten.

【Objektivwahl - Schritt 2】Möglichkeiten zur Erhöhung der Tiefenschärfe (Bereich, in dem das Objektiv fokussiert bleibt)

• Je kürzer die Brennweite, desto größer die Tiefenschärfe des Objektivs.
• Mit zunehmendem Abstand zum Prüfobjekt nimmt auch die Tiefenschärfe zu.
  →Dabei ist zu beachten, dass die Tiefenschärfe abnimmt, wenn man mit einem Nahaufnahmering oder einem Makroobjektiv arbeitet.
• Je kleiner die Blendenöffnung, desto größer die Tiefenschärfe.
  →Durch verkleinern der Blende und bei hellem Licht kann man leichter fokussieren.

In diesem Beispiel werden Aufnahmen mit einer kleineren und einer maximalen Blendenöffnung verglichen, wenn ein Prüfobjekt aufgenommen werden soll, an dem wie im Bild unten dargestellt ein Maßband befestigt ist, um die Höhe einer Neigung zu erfassen.

【Objektivwahl - Schritt 3】Kontrastverhältnis aufgrund der Objektivleistung

Die Bilder rechts zeigen dieselben Prüfobjekte, einmal aufgenommen mit dem hochauflösenden Objektiv CA-LH16 von KEYENCE und einmal mit dem Standardobjektiv CV-L16. Die Unterschiede in den Bildern sind auf Material und Aufbau der Objektive zurückzuführen. Durch Auswahl eines hochauflösenden Objektivs erhält man je nach Anwendung Bilder mit höherem Kontrast.

CA-LH16

CV-L16