Messbare Schatten

LED-Beleuchtungslösungen für den Einsatz

Diffuse Hintergrundleuchten mit LED-Technik eignen sich zur Durchleuchtung von Prüflingen und transparenten Materialien oder zur Konturaufnahme für Kamera-Anwendungen. Erhältlich sind LED-Leuchtfelder in zwei ­unterschiedlichen Bauformen - wo die Vor- und Nachteile liegen und für welche Anwendung sich welche Bauform eignet, erfahren Sie hier. 

Um Konturen oder Bohrungen relativ flacher Objekte zu vermessen, eignet sich das sogenannte Schattenrissverfahren. Bei diesem erzeugt die Anordnung von Beleuchtung, Objekt und Kamera ein binäres Bild, das aus den Farben schwarz und weiß besteht. Der Schwarz-Weiß-Übergang wird von einer Bildverarbeitungsauswertung problemlos erkannt, sodass eine sehr genaue Vermessung des Objektes möglich ist. Mit Hilfe telezentrischer Objektive lässt sich bei dieser Auswerteanordnung die Präzision der Vermessung weiter verbessern.
Als Beleuchtung für das Schattenrissverfahren werden Leuchtfelder eingesetzt. Diese müssen mindestens so groß sein wie das Objekt, das sie beleuchten sollen. Die Abmessungen des Leuchtfeldes können auch deutlich größer sein als die des Messobjekts, wenn der Abstand zwischen Objekt und Leuchtfeld dies erfordert. Bei der Auswahl eines geeigneten Leuchtfeldes muss der Anwender neben der Größe die Parameter Lichtfarbe, Bauform (speziell Bauhöhe und Ränder), Ansteuerung, Homogenitätsanforderung und Helligkeit berücksichtigen.

Lichtfarbe

Die Lichtfarbe spielt ebenso wie die Homogenität des Lichtes bei reinen Schattenrissaufnahmen eine untergeordnete Rolle, da lediglich ein binäres Bild erzeugt wird. Kameras sind in der Regel in nur einem Wellenlängenbereich besonders lichtempfindlich. Die Verwendung der Farbe dieses Wellenlängenbereiches steigert die Effektivität der Beleuchtung und ermöglicht trotz geringerer Helligkeit vergleichbar gute Aufnahmen. Bei transparenten, aber nicht farblosen Objekten kann die Transparenz, die in der Regel für diese Art von Aufnahmen störend ist, durch die Verwendung der Komplementärfarbe als Beleuchtungsfarbe einen Kontrast zwischen Leuchtfeld und Objekt erzeugen. Bei transparenten Messobjekten ist zudem eine gute Homogenität des Lichtes für eine erfolgreiche Messung notwendig.

Bauform

Oft ist der für die Beleuchtung zur Verfügung stehende Raum begrenzt.

Dies gilt vor allem für Leuchtfelder, die hinter dem Messobjekt installiert werden müssen. Je nach Bauform und Wirkprinzip der Leuchtfelder besitzen sie eine optimierte Bauhöhe oder zeichnen sich durch besonders schmale Ränder aus. Die Leuchtfelder gibt es in zwei unterschiedlichen Bauformen:

 

  • Zum einen das klassische Leuchtfeld, bei dem die LEDs, die direkt in Richtung Kameras strahlen und über einen Diffusor eine homogene Leuchtfläche herstellen, in einer Matrix angeordnet sind. Der Vorteil dieser Bauform ist die große Helligkeit und Homogenität, wobei letztere durch einen weiteren Diffusor gesteigert werden kann. Um ein solches Leuchtfeld als großen, leistungsstarken Strahler verwenden zu können, ist es möglich, den Diffusor gegen eine Klarglasscheibe auszutauschen. Die Helligkeit wird durch die hohe LED-Anzahl (289 Stück pro 100 cm²) erreicht.
  • Bei der zweiten Bauform handelt es sich um ein flaches Leuchtfeld, bei dem das Licht durch seitlich einstrahlende LEDs eingekoppelt wird. Durch eine spezielle Glasplatte wird das Licht reflektiert und kann an der Oberseite der Platte austreten. Die Besonderheit der Glasplatte besteht darin, dass am Rand, das heißt in der Nähe der LEDs, genau so viel Licht austritt wie in der Mitte der Platte. Durch die geringere Anzahl an LEDs und das indirekte Licht sind diese Leuchtfelder nicht so hell wie die klassischen, dafür sind sie aber kostengünstiger und mit etwa 16 mm nur halb so hoch.

 

Leuchtfelder lassen sich auch als homogene Auflichtbeleuchtung verwenden. Dabei können Durchbrüche im Leuchtfeld, zum Beispiel für das Handling der Objekte, notwendig sein. Werden Leuchtfelder für Auflichtanwendungen verwendet, muss die maximale Helligkeit zur Verfügung stehen. Hier kann eine Übersteuerung durch einen Stroboskop-Controller von Nutzen sein.

Ansteuerung

Leuchtfelder können, wie alle anderen LED-Beleuchtungen auch, auf verschiedene Art angesteuert werden. Wichtige Ansteuerungen sind der 24V-Direktanschluss, der Dauer- und/oder Schaltbetrieb mit oder ohne Controller und der Stroboskopbetrieb mit Übersteuerung der LEDs für gesteigerte Helligkeit. Beim Betrieb mit einem Controller kann die Ansteuerung je nach Art des Steuergerätes entweder manuell, analog, über RS-232 oder über Ethernet erfolgen.

Helligkeit

Bei der Durchlichtaufnahme gibt es keine besonderen Anforderungen an die Helligkeit, solange sich das Messobjekt im Ruhezustand befindet. Bewegt sich das Objekt, beispielsweise auf einem Förderband, sollte die Belichtungszeit der Kamera so kurz gewählt werden, dass die Bewegungsunschärfe keinen negativen Einfluss auf das Messergebnis nehmen kann. Kurze Belichtungszeiten erfordern eine größere Helligkeit, denn je kürzer die Belichtungszeit, desto mehr Licht ist für eine ausreichende Beleuchtung der Aufnahme notwendig.

Fazit

Gemeinsam haben beide Leuchtfeld-Bauformen, dass sie vielfältig (per Dauerlicht oder Stroboskop) angesteuert werden können. Wird eine große Helligkeit, beispielsweise als Auflicht benötigt, ist das klassische Leuchtfeld zu bevorzugen. Wird aber eine niedrige Bauhöhe und bei großen Leuchtflächen auch ein niedrigerer Preis gefordert, ist das Leuchtfeld mit seitlich eingekoppeltem Licht eventuell die bessere Alternative.

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