Beleuchtungstechniken in der industriellen Bildverarbeitung und Machine-Vision

Bisher wurde für Sichtprüfungen weißes Licht verwendet, insbesondere deshalb, weil es mit Glüh- oder Leuchtstofflampen überall zur Verfügung stand. Und sicherlich ist weißes Licht mit breitem Spektrum für Prüfanwendungen mit Farbkamera sowie für andere Prüfungen, die eine in Kelvin kalibrierte spezifische weiße Farbtemperatur erfordern, notwendig.

Es gibt jedoch Anwendungen, für die sich monochromes Licht am besten eignet, insbesondere wenn der Kontrast eines Objekts gegen seinen direkten Hintergrund maximiert werden soll. Ein Farbkreis (Abb. 1) ist ein einfaches, aber effektives Instrument, um die Beziehung zwischen einzelnen Farben und die Anwendung von farbigem Licht zur Verstärkung oder Reduzierung des Kontrasts verständlich zu machen. In diesem Diagramm ist die „warme“ Farbfamilie durch die Farben Rot, Orange und Gelb vertreten und die „kalte“ Farbfamilie durch Grün, Blau und Violett.

Hier sind zwei Faustregeln zu beachten:

1) ähnliche Farben (oder Farben aus einer Farbfamilie) hellen auf und

2) gegensätzliche Farben dunkeln ab.

Eine häufige Anwendung von farbiger Beleuchtung zur Kontrastverstärkung stammt aus der Druckindustrie – in diesem Fall handelt es sich um einen Poststempel oder eine Stornokennzeichnung auf Tintenbasis. Meistens sind diese Stempel rot oder orange. Durch die Anwendung verschiedener Farben lässt sich messen, wie effektiv die jeweilige Farbe den Kontrast des roten Drucks gegen den weißen Papierhintergrund verstärkt.

Wie erwartet verschwindet der Poststempel, wenn mit dem standardmäßigen roten LED-Licht beleuchtet wird (siehe Abb. 2a), da das rote Licht den roten Druck heller erscheinen lässt und damit den Kontrast zwischen dem Druck und dem unmittelbaren Hintergrund verringert.

Auf der Grundlage unseres Verständnisses des Farbkreises könnte man dann die Beleuchtung mit einer entgegengesetzten oder „kalten“ Farbe in Erwägung ziehen. Bei blauem Licht (Abb. 2b) ist der Kontrast ausreichend, doch geht es nicht noch besser? Normalerweise wird der stärkste Effekt zwischen einem Prüfstück und farbiger Beleuchtung erzielt, wenn die jeweiligen Farben auf dem Farbkreis einander direkt gegenüberliegen. Daher müsste hier als nächstes die Farbe Grün getestet werden. Damit wird ein noch stärkerer Kontrast erzielt (Abb. 2c).

Natürlich ist auch weißes Licht eine Option, doch wie effektiv kann dieses Breitspektrumlicht sein, wenn man bedenkt, dass es sowohl Farben aus der warmen als auch solche aus der kalten Farbfamilie umfasst? Wie erwartet, ist der Kontrast im Vergleich zur Reaktion bei Grün etwas abgeschwächt (siehe Abb. 2d vs. 2c).

Ein einzelnes monochromes farbiges LED-Licht funktioniert in dieser einfachen Anwendung gut, doch wie sollen die Stempel beleuchtet werden, wenn sie verschiedenfarbig sind? Die einfachste Lösung ist die Verwendung von weißem Licht, wobei in Kauf genommen wird, dass der Kontrast zugunsten der Flexibilität etwas geringer ausfällt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein mehrfarbiges RGB-Licht zu verwenden, wie z. B. das RL4260-RGB (Abb. 3), wobei die Lichtfarbe während des Prozesses mittels analoger E/A oder RS-232-Ansteuerung (MS220) (Abb. 4) geändert werden kann, sofern die spezifische Stempelfarbe vorab bekannt ist.

Und schließlich bringt die Verwendung von monochromem Licht den Vorteil, dass ein an die Wellenlänge angepasster Bandpassfilter eingesetzt werden kann, der Umgebungslicht, das eine Inspektion beeinträchtigen kann, effektiv ausblendet (siehe Abb. 5).

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