Bei der Aufnahme von Bildern für die Inspektion oder Messung in der Bildverarbeitungsbranche müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Bildverarbeitungssysteme müssen in diesem Zusammenhang sicherstellen, dass das gewünschte Bild korrekt und konsistent wiedergegeben wird. Die Wahl der richtigen Beleuchtung ist dabei von grundlegender Bedeutung, da unerwünschte Störungen, Lichtreflexe auf hochglänzenden Oberflächen oder nicht vorhandene Informationen während der Bildaufnahme zu einem unzuverlässigen System führen können. Dies ist eine besondere Herausforderung bei der Inspektion von Werkstücken, deren Oberfläche entweder rau oder stark reflektierend ist. Für Bereiche, in denen herkömmliche Beleuchtungen Nachteile aufweisen, hat CCS seine Flat-Dome-Technologie entwickelt. Diese Technologie bewältigt die mit diesen Inspektionen verbundenen Schwierigkeiten und bietet dem Benutzer Flexibilität ohne mechanische Einschränkungen. 

Eine flache Dombeleuchtung

Das Design der Flat-Dome-Leuchten, wie das der LFXV-Serie von CCS, basiert auf einer hausintern entwickelten Technologie. Die meisten Modelle sind rechteckig oder quadratisch und verfügen über seitlich angebrachte LEDs, ähnlich wie bei einem kantenbeleuchteten Rücklicht. Die LEDs strahlen nach innen in eine lichtleitende Streuscheibe mit einem Punktmuster auf der Oberseite. Wenn das Licht der LEDs das Punktmuster erreicht, wird es nach unten reflektiert und über einen großen Bereich verteilt. Dadurch entsteht eine sehr diffuse Ausleuchtung, die der einer herkömmlichen Dom-Beleuchtung ähnelt. Diese Beleuchtungsart verursacht keine Reflexionen oder Schatten bei Oberflächenunebenheiten.
Herkömmliche Dom-Beleuchtungen weisen angesichts ihrer Größe und zerbrechlichen Dom-Halbschalen zahlreiche Nachteile auf. Außerdem kann das Kameraloch in der Dom-Halbschale bei der Bildaufnahme dunkle Flecken erzeugen. Dies ist besonders bei stark reflektierenden Werkstücken der Fall. Zudem ist der Anwender durch die Dom-Halbschale in der Auswahl der Objektive sowie in der Kamerapositionierung eingeschränkt.

Die Flat-Dome-Leuchten von CCS überwinden diese Nachteile: Die kleinsten Leuchten der Serie sind 10 mm dick, die größten 16 mm. Aufgrund der lichtleitenden Streuscheibe gibt es bei der Bildaufnahme keinen dunklen Fleck in der Mitte, und der Anwender kann das gesamte Sichtfeld nutzen. Um ähnliche Ergebnisse mit herkömmlichen Mitteln zu erzielen, muss eine Koaxialbeleuchtung die Dom-Beleuchtung ergänzen.

Unterschiedlicher Grad an Parallelität

Flat-Dome-Leuchten ermöglichen eine diffuse Ausleuchtung, insbesondere bei geringen Abständen zwischen Leuchte und Werkstück. In einem solchem Szenario ist der Grad der Parallelität des Lichtes gering. Die geringe Parallelität des Lichts bzw. die diffuse Lichtabgabe ermöglicht die Eliminierung von Oberflächenunebenheiten eines Werkstückes oder von unerwünschten Spiegelreflexen. Dies kann bei der Prüfung von Datumscodes auf rauen oder stark reflektierenden Oberflächen hilfreich sein.

Eine Vergrößerung des Abstands zwischen Lichtquelle und Werkstück erhöht wiederum den Grad der Parallelität des Lichts, was zu einem sehr unterschiedlichen Bild führen kann. Der hohe Grad der Parallelität des Lichts hebt Oberflächenunebenheiten von Werkstücken hervor. Obwohl nicht bei allen Inspektionen von Vorteil, kann diese Art von Licht für die Inspektion von Gravuren verwendet werden.

Je nach Anforderung der Inspektion kann entweder Licht mit geringer Parallelität oder mit hoher Parallelität besser geeignet sein. Die Wahl des richtigen Lichtarbeitsabstands und das Wissen, wie ein Werkstück bei der Verwendung von diffusem oder parallelem Licht reagiert, sind entscheidend für die Auswahl der richtigen Beleuchtungslösung für Ihre Bildverarbeitungsanwendung.

Linien statt Punkte

Flache oder schwer zu findende Unebenheiten und Kratzer auf flachen Werkstücken mit einer stark reflektierenden, spiegelnden Oberfläche lassen sich mit herkömmlichen Lichtquellen wie einer Koaxialbeleuchtung kaum erkennen. Durch das hohe Reflexionsvermögen der Werkstücke werden leicht unerwünschte Reflexionen der Lichtquelle selbst oder ihrer Umgebung erzeugt, was ein zuverlässiges Erkennen erschwert. Mit der Einführung eines Linienmusters auf der lichtleitenden Streuscheibe anstelle des üblichen Punktmusters macht sich die die Flat-Dome-Leuchte das hohe Reflexionsvermögen des zu inspizierenden Objekts zunutze, anstatt es möglichst zu vermeiden. Die emittierende Oberfläche der Flat-Dome-Leuchte wird vollständig von der reflektierenden, spiegelähnlichen Oberfläche des Werkstücks reflektiert. Wenn keine Defekte vorhanden sind, sind bei der Bildaufnahme nur die geraden Linien des Musters sichtbar. Bei kleinen Unebenheiten oder feinen Kratzern verzerrt sich das Bild des Linienmusters jedoch sofort, sodass diese Defekte leicht erkannt werden können.

Mit zwei Linienmustern ermöglicht es CCS, sich an die Gegebenheiten einer jeden Inspektion anzupassen. Das Linienmuster ist mit einem Linienabstand von 1 mm und 2 mm erhältlich. Die Version mit engerem Abstand kommt idealerweise bei einem geringen Arbeitsabstand von 30 mm zum Einsatz. Die Ausführung mit breiterem Abstand eignet sich besser für Anwendungen mit einem Arbeitsabstand von 150 mm. 

Lichtleitende Streuscheibe verhindert Punktmuster

Bei früheren Generationen von Flat-Dome-Leuchten war das Punktmuster während der Bildaufnahme eventuell noch sichtbar. Obwohl sich dies in der Regel durch Öffnen der Objektivblende lösen lässt, gibt es einige Anwendungen, bei denen dies aufgrund der dadurch entstehenden geringeren Tiefenschärfe nicht möglich ist. Beispielsweise könnte eine kleine Erschütterung in einer Inspektionslinie während der Bildaufnahme zu einem verschwommenen oder unscharfen Bild führen.

Daher verwendet die neue Generation LFXV nun lichtleitende Streuscheiben, die ein dichtes Muster aus feinen Vertiefungen enthalten, die als Punktmuster fungieren. Somit sind keine physischen Punkte auf der lichtleitenden Streuscheibe vorhanden, was ein sichtbaren Punktmusters während der Bildaufnahme verhindert und gleichzeitig ein helleres und klareres Bild ermöglicht. Der Benutzer kann diese Lichtquellen jetzt verwenden, ohne die Blenden seiner Objektive zu öffnen. Die LFXV-Serie eignet sich darüber hinaus durch das wegfallende Punktmuster für den Einsatz mit hochauflösenden Sensoren.

Anwendungen in der Pharmazie und Medizintechnik

Diese Generation von Flat-Dome-Leuchten eignet sich besonders gut für die Inspektion von pharmazeutischen und medizinischen Produkten. Ein deutliches Beispiel für den Fortschritt in Bezug auf die lichtleitende Streuscheibe sowie die Klarheit des erfassten Bildes ist bei der Inspektion von Blisterverpackungen zu sehen. Im Vergleich zur vorherigen Generation ist das mit der neuen LFXV-Serie aufgenommene Bild viel klarer und das Punktmuster ist nicht mehr zu sehen.
Die Flat-Dome-Leuchten sind flexibel einsetzbar und in verschiedenen Größen bis zu 300 x 300 mm und den Farboptionen Rot, Weiß, Blau und Infrarot erhältlich. Je nach Arbeitsabstand der Leuchte kann der Anwender entweder von der diffusen Ausleuchtung profitieren, um spiegelnde Reflexe zu entfernen, oder die erhöhte Parallelität nutzen und bestimmte Oberflächenmerkmale hervorheben. Die Linienmuster vereinfachen das Erkennen von winzigen Unebenheiten und Kratzern auf flachen, stark reflektierenden, spiegelnden Oberflächen. Die LFXV-Serie bietet zudem Verbesserungen bei der Bildklarheit.

Autor
Matthias Dingjan, Produktmanager