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09.01.2014

LED-Flächenbeleuchtung für die optische Inspektion transparenter Objekte

Wichtige Komponente für effizientes System

LED-Flächenbeleuchtung für die optische Inspektion transparenter Objekte

Für Applikationen, bei denen es darum geht, genügend Licht für die Bildaufnahme zur Verfügung zu stellen oder im Durchlicht zwischen Hintergrund und Objekt zu unterscheiden, ist mittlerweile eine große Anzahl von LED-Beleuchtungen erhältlich. Soll jedoch eine anspruchsvolle, industrielle Anwendung wie beispielsweise die Sichtprüfung von PET-Flaschenrohlingen gelöst werden, sind hohe Lichthomogenität, Langzeitstabilität, hohe Leuchtdichte und gute Lichtausbeute wichtige Faktoren für ein stabiles Bildverarbeitungssystem.

Die Beleuchtung einer industriellen Bildverarbeitungslösung ist eine der wichtigsten Komponenten des Systems. Denn Beleuchtungsfehler führen oft zu hohen Folgekosten oder unzureichenden Lösungen bis hin zu gescheiterten Projekten.

Die heutige Bildverarbeitungshardware mit hohen Rechenleistungen und Softwarebibliotheken mit mächtigen Bildverarbeitungsfunktionen bieten inzwischen eine Reihe von Möglichkeiten, Beleuchtungseffekte zu korrigieren. Neben einfachen Bildsubtraktions- und Kalibrierungsverfahren zum Abgleich der Beleuchtung stehen Algorithmen zur Verfügung, mit denen sich komplexe Beleuchtungsszenarien abbilden lassen.

Mancher Entwickler lässt sich hierdurch verleiten, die billigere Variante der Beleuchtung im Projekt zu wählen, um sich finanziellen Spielraum bei anderen Komponenten wie der Kameraauflösung zu schaffen oder andere finanzielle Vorgaben erfüllen zu können. Während die Kompensation von Beleuchtungsfehlern im Labor sehr gut funktioniert, hat sie in der Praxis jedoch oft fatale Folgen. Neben den zahlreichen Randeffekten der digitalen Beleuchtungskorrektur liegt der Grund hierfür im Ablauf des Gesamtprojekts.

Meist werden bereits in der ersten Phase der Realisierung einer Bildverarbeitungs-Applikation die Systemkomponenten Kamera und Beleuchtung über Voruntersuchungen festgelegt. Hierbei wird mit einer eingeschränkten Stichprobenauswahl und in einer definierten Umgebung gearbeitet. Beleuchtungseffekte lassen sich leicht zuordnen und mit entsprechenden Algorithmen korrigieren. Im praktischen Einsatz ist die Korrektur oft nicht ausreichend. Bildverarbeitungslösungen sind im Vergleich zu anderen Aufgaben schwer zu spezifizieren und bezüglich der Rahmenbedingungen, der Genauigkeitsanforderungen und der Fehlermuster nur ungenau zu definieren.

Jeder erfahrene Projektingenieur kennt die Stufen zunehmender Komplexität im Feld mit unerwarteten Fehlermeldungen vom Anwender, verursacht durch veränderte Umgebungsbedingungen, undefinierte Objekte, gestiegene Genauigkeitsanforderungen und andere Herausforderungen. Nachbesserungen sind in diesem Projektstadium oft nur noch an der Software möglich. Unzulänglichkeiten bei der Beleuchtung können zumeist nicht mehr erkannt oder analysiert werden, da grundlegende Änderungen an dieser Stelle oft nicht mehr möglich sind.

Die flachen Leuchtfelder des französischen Herstellers Phlox basieren auf einer neuartigen Technologie, die vor einigen Jahren vom Unternehmen entwickelt wurde und vom gängigen LED-Matrixaufbau abweicht. In die Oberfläche einer Kunststoffplatte (Polymethacrylat) werden linienförmige Mikroprismen mit einem CO2-Laser eingraviert. In diese Leuchtbahnen wird an den Randbereichen mit LED-Reihen das Licht optimiert eingespeist. Der Herstellungsprozess ermöglicht nach Firmenangaben die Kombination aus Refraktion und Diffusion, sodass bis zu 90 Prozent der Lichtleistung vom Leuchtfeld homogen abgestrahlt wird. Mathematische Modelle und die Mikroprismen (< 30 µm) ermöglichen laut Hersteller eine sehr hohe Homogenität über die gesamte Leuchtfläche. Dies führt zu einer geringen Wärmeentwicklung und begünstigt das temperaturabhängige LED-spezifische Langzeitverhalten bezüglich Leuchtdichte, Farbstabilität und Lebensdauer. So sollen die Beleuchtungen bei einer Lebensdauer von bis zu 200 000 Stunden unter optimalen Betriebsbedingungen nur einen geringen Helligkeitsverlust aufweisen. Die Leuchtdichte ist mit bis zu 100 000 cd/m² im Dauerbetrieb und bis zu 300 000 cd/m² im Blitzbetrieb sehr hoch. Die Technologie ermöglicht einen kompakten, flachen Aufbau des IP65-Gehäuses mit 8 mm Höhe.

Das Produktspektrum des Herstellers umfasst verschiedene Standardbeleuchtungen mit unterschiedlichen Abmessungen und Wellenlängen. So ist neben den Standardfarben Weiß, Rot und Infrarot auch eine RGB-Beleuchtung mit frei einstellbarem Farbspektrum verfügbar. Die LED-Beleuchtungen sind prädestiniert für Anwendungen in der Glas- und Getränkeindustrie, der Verpackungs- und Halbleitertechnik, der Medizintechnik sowie der Luft- und Raumfahrt. Zudem eignen sie sich für Systeme zur genauen Kantenvermessung, bei der die Richtung des Lichts eine wichtige Rolle spielt.

Unternehmensinformation

PHLOX GC

Eiffel Park A- 415
FR 13854 Aix en Provence cedex 3
Tel.: +33 442907 7620
Fax: +33 448907 7621

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