Telezentrische Power-Flash-Beleuchtungen in Prüfprozessen

  • Abb. 1Abb. 1
  • Abb. 1
  • Abb. 2
  • Abb. 3
  • Die Behälter- und Lampenglasherstellung erfordert präzise Messungen bei gleichzeitig schneller Bewegung der Prüfobjekte. Berührungslose Messtechnik mit Bildverarbeitung ist nur mit telezentrischen Komponenten möglich.
  • Schwierig zu beherrschende Oberflächen (hier glänzende zylindrische Metallteile) im Durchlicht: a) kontrastreich mit telezentrischer Durchlichtbeleuchtung, b) Beleuchtung mit einem gewöhnlichen diffusen Durchlicht.
  • Schwierig zu beherrschende Oberflächen (hier glänzende zylindrische Metallteile) im Durchlicht: a) kontrastreich mit telezentrischer Durchlichtbeleuchtung, b) Beleuchtung mit einem gewöhnlichen diffusen Durchlicht.
  • Power-Flash Beleuchtungen auf Spurensuche: Tintenstrahltropfen werden mit ca. 8 m/s Austrittsgeschwindigkeit aus Piezodüsen geschossen. Die Tropfen neigen bei zu hohen Geschwindigkeiten zur Satellitenbildung und damit zu ungewollten Unschärfen des Druckes. Den Nachweis können nur Power-Flash Beleuchtungen mit ihrer 30-fachen Helligkeit führen.
  • Geschützte, direkt an der Beleuchtung liegende und einfach zu bedienende Einstellelemente der Power-Flash Beleuchtungen.
  • Modellspektrum telezentrischer Power-Flash Beleuchtungen

Schnelligkeit oder Genauigkeit – bisher musste man sich in der Bildverarbeitung für eines von beiden entscheiden. Das hat sich bei modernen telezentrische Power-Flash-Beleuchtungen, die mit LED-Technik arbeiten, geändert: Dank 30-facher Lichtmenge und sehr kurzen Lichtblitzen lassen sich nun auch sehr schnelle Prozesse zuverlässig verfolgen und auswerten.

Seit Anfang der neunziger Jahre sorgt die Telezentrie als optisches und beleuchtungstechnisches Prinzip für reflexfreie, perspektivfreie und größengleiche Darstellung geprüfter Teile mit Bildverarbeitung. Dank des telezentrischen Hauptstrahlengangs funktioniert dies auch bei Änderung der Lage, des Arbeitsabstandes sowie der Oberfläche. Neue telezentrische Power-Flash-Beleuchtungen, wie sie Vision & Control herstellt, erweitern dies um eine Dimension: Sie sind in der Lage, durch ultrakurze und ultrahelle Lichtblitze (1–100 μs) die Bewegung der Prüfobjekte pixelscharf „einzufrieren“. Die erzeugten Lichtblitze sind dabei so hell, dass sie die Helligkeit bisheriger Blitzbeleuchtungen um den Faktor 30 übersteigen – und so auch die Vermessung bisher problematischer Teile ermöglichen.

Farbiges Licht

In den Power-Flash-Beleuchtungen kommen LEDs als Lichtquellen zum Einsatz. Dies hat den Vorteil, dass sie weitgehend alterungs- und verschleißfrei arbeiten, denn selbst eine Betriebsdauer von mehreren Mio. Blitzen kann den Lampen nichts anhaben. Dazu kommt, dass LEDs in vielen Lichtfarben einsetzbar sind, was gerade bei Sensoren Vorteile bringt, die für die Messung von farbig-transparenten Materialien eingesetzt werden. Weiß blitzende LEDs sorgen dafür, dass hoch auflösende Farbkameras mit voller Pixelzahl für Messaufgaben genutzt werden können.

Gezielt gekühltes Licht

Ihre Vorteile können LEDs nur ausspielen, wenn thermisches, elektrisches und mechanisches Design der gesamten Beleuchtung aufeinander abgestimmt sind. Vor allem die Wärme stellt dabei ein Problem dar: Sie muss großflächig abgeführt werden, um die LED-Chips nicht dramatisch schnell altern zu lassen.

Deshalb wird die Wärme über die gesamte Beleuchtungsgehäusefläche abgeführt. So lässt sich die Alterung von LEDs stark bremsen, jedoch nicht vollständig vermeiden. Die thermische und elektrische „Gleichstellung“ aller LEDs einer Beleuchtung sichert eine weitgehend gleiche Alterung aller LEDs und damit homogene Lichtverhältnisse.

Ein wenig Mathematik

Voraussetzung für die sichere und zuverlässige Auswertung durch BV-Software sind aussagekräftige, scharfe Bilder. Darum sollte sich das Prüfobjekt während der Belichtungszeit möglichst wenig im Bild bewegen. Als Richtwert wird häufig 1 Pixel angesetzt. Dabei bildet der Abbildungsmaßstab β´ die Brücke zwischen Sensorgröße der Kamera und Größe des Sehfeldes (Objektfeldes). Die vor allem interessierende notwendige Blitzdauer tBlitz ergibt sich nach dem folgenden Zusammenhang: Abb.1 mit Abb2. und Abb.3

Dabei sind

  • n Pixelunschärfe
  • p´ Pixelpitch (Pixelabstand)
  • p Anzahl Pixel in x-Richtung
  • q Anzahl Pixel in y-Richtung
  • x´ Sensorgröße in x-Richtung
  • y´ Sensorgröße in y-Richtung
  • Np Gesamtanzahl nutzbarer Pixel

Beispiel: Für ein optisches Prüfsystem mit einem 1/2“-Bildaufnahmesensor (6,4 x 4,8 mm2), einer Auflösung von 782 x 582 Pixeln, einem Objektfeld von 12,8 x 9,6 mm2 (Abbildungsmaßstab 0,5), einer Objektgeschwindigkeit von 10 m/s und einer Pixelunschärfe Pixelunschärfe von 2 Pixeln ergibt sich eine notwendige Blitzdauer von 3,3 μs.

Beleuchtung großer Flächen

Power-Flash-Beleuchtungen ermöglichen die Beleuchtung großer Flächen mit großen Leuchtdichten. Der beste Wirkungsgrad wird dann erreicht, wenn die Objektfeldgröße des verwendeten telezentrischen Objektivs möglichst gut mit der Größe der telezentrischen Power- Flash-Beleuchtung übereinstimmt. Dazu stehen Beleuchtungen mit Durchmessern von 10, 30, 51, 60, 95 und 130 mm zur Verfügung.

Kontakt: Dipl.-Ing. Alexander Kühn Vision & Control GmbH, Suhl Tel.: 03681/7974-0 infopoint@vision-control.com www.vision-control.com

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