Industrielle Bildverarbeitung

Der Spezialist für Verpackungsdruck Hifipac SA in Lausanne setzt Druckmaschinen des international führenden Schweizer Herstellers und bedeutenden SCHOTT Kunden Bobst ein (links). Dabei sorgt faseroptisches Punktlicht für präzises Positionieren von Druckmarken beim Mehrfarbdruck (rechts). Das Registerregelsystem entdeckt Fehler sofort und korrigiert automatisch. Diese Qualitätskontrolle vermeidet Ausschuss und sichert optimalen Druckprozess. (Fotos: P. Heilmann/SCHOTT AG)
Thomas Gottschau

Ins rechte Licht gerückt

Die automatisierte optische Qualitätssicherung ist Standard in modernen Fertigungsbetrieben.
Für zuverlässige Ergebnisse sind anwendungsspezifische Objekt-Ausleuchtungen unverzichtbar.


Jeder Hobby-Fotograf kennt die Tücken der korrekten Ausleuchtung – flaue Kontraste und unscharfe Konturen machen das schönste Motiv zunichte. Ungleich schwerer wiegen die Folgen in der industriellen Bildverarbeitung: Versagt die visuelle Qualitätssicherung, kann dies kostspielige Konsequenzen nach sich ziehen. Ziel der industriellen Bildverarbeitung ist es, mit geeigneten Beleuchtungssystemen die untersuchten Produkte so zu kontrastieren, dass alle relevanten Details und Abweichungen für die Kamera sichtbar werden. SCHOTT zählt in diesem hochspezialisierten Markt weltweit zu den technisch führenden Anbietern. Ob Elektronik-Hersteller, pharmazeutische Industrie oder Automobil-Zulieferer – überall finden Beleuchtungssysteme von SCHOTT Anwendung. „Hierbei handelt es sich um einen attraktiven Markt mit Wachstumsraten von rund 25 Prozent pro Jahr. Das weltweite Umsatzvolumen nur für die Beleuchtungstechnik in der industriellen Bildverarbeitung lag 2005 bei 320 Millionen Euro”, erklärt Jürgen Schumann, Leiter Produktgruppe Industrietechnik, SCHOTT Faseroptik.

Die Beleuchtungstechniken

Um anwendungsspezifische Anforderungen bei der Ausleuchtung optimal zu erfüllen, kommen verschiedene Beleuchtungstechniken zum Einsatz: Auflicht-, Durchlicht-, Hellfeld- und Dunkelfeldbeleuchtungen.

Die Auflicht-Ausleuchtung mit einem Spot macht Korrosion auf Metall sehr gut sichtbar. Dabei sind Kamera und Beleuchtung auf der gleichen Seite des Objekts angeordnet. Anders beim Durchlichtverfahren – hier ist das Objekt zwischen Kamera und Beleuchtung platziert, um innere Strukturen sichtbar zu machen. Befindet sich das Objekt im Hellfeld, wird es leicht seitlich aus Richtung der Kamera bestrahlt. Dies erzeugt an Strukturen einen Schattenwurf, der den Kontrast erhöht. Im Dunkelfeld schließlich erfolgt die Beleuchtung in sehr flachem Winkel. Oberflächenstrukturen reflektieren das einfallende Licht in Richtung Kamera und erscheinen hell. So lassen sich beispielsweise Kratzer erkennen.
Für solche Machine-Vision-Anwendungen fertigt SCHOTT maßgeschneiderte Beleuchtungsprodukte aus optischen Glasfasern. (Foto: Keystone)
Welches Licht ist das richtige?

In erster Linie ergibt sich die Art der Beleuchtung aus den Materialeigenschaften der Objekte und der eingesetzten Beleuchtungstechnik. Faktoren wie Lichtleitung zum Objekt und Lichtstärke sind ausschlaggebend. Generell gilt: Je höher das Helligkeitsniveau, desto schneller die Prüfzyklen. Das erhöht den Durchsatz und senkt die Stückkosten. Bei geringen Anforderungen an die Beleuchtung genügen oft einfache Halogenstrahler, Glühlampen oder einfache LED-Arrays ohne elektronische Ansteuerung. Diese Leuchtmittel sind kostengünstig und erlauben eine gleichmäßige Ausleuchtung. Leuchtstoffröhren liefern ein diffuses Licht. Die Vorteile der Fluoreszenzbeleuchtung liegen in ihrer hohen Lebensdauer von rund 15.000 Stunden und in ihrem relativ günstigen Anschaffungspreis. Leuchtstoffröhren lassen sich überall dort einsetzen, wo keine besonderen Anforderungen an Beleuchtungsvariabilität gestellt werden. Gilt es schnelle Inspektionsgeschwindigkeiten oder komplexe Inspektionen zu realisieren, empfehlen sich faseroptische Systeme oder hochwertige LED-Systeme. Die Faseroptik zeichnet sich aus durch eine besonders hohe Lichtintensität, flexible Bauteilformen und eine gleichmäßige Beleuchtung.
Auch in der industriellen Bildverarbeitung sind Leuchtdioden im Kommen. Solche LED-Ringlichter lassen sich exakt auf die Empfindlichkeit von Kamera-Chips abstimmen – für bestmögliche Prüfergebnisse.
Neuer Trend LED

Wie in der allgemeinen Beleuchtung ist auch in der industriellen Bildverarbeitung ein Umbruch abzusehen: LEDs (Licht Emittierende Dioden) werden anderen Systemen in absehbarer Zeit den Rang ablaufen. „In etwa vier Jahren werden rund drei Viertel aller Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung auf LED- Technik basieren”, erklärt Jürgen Schumann.

Ein Vorteil dieser Technik gegenüber anderen Beleuchtungen: Zum einen besitzen LEDs mit rund 50.000 Stunden eine deutlich längere Lebensdauer, sie kommen ohne externe Beleuchtungsquelle und faseroptischen Lichtleiter aus und sie lassen sich sehr gut elektronisch ansteuern. Zum anderen erzeugen sie ein schmalbandiges Lichtspektrum mit engem Wellenbereich, das exakt auf die Empfindlichkeit des CCD-Chips (Charge Coupled Device) der Kamera abgestimmt werden kann. „CCD-Chips dienen in Digitalkameras als Aufnahmemedium. Ein optimal abgestimmtes Lichtspektrum liefert bestmögliche Ergebnisse”, erklärt Karen Holst, Applikations- und Produkt-Managerin bei SCHOTT und Mitautorin des Fachbuchs »Einführung in die industrielle Bildverarbeitung«, unlängst erschienen im Franzis Verlag, Deutschland.

Allerdings weisen LED-Beleuchtungen zurzeit noch technische Defizite auf. So erfordert das Temperatur-Management weitere Entwicklungsarbeit, da LEDs auf Hitze mit einer drastisch verringerten Lebenszeit reagieren. Und auch die Lichtausbeute reicht oft noch nicht an die einer faseroptischen Lösung heran.

Bei SCHOTT in Mainz arbeitet ein Entwickler-Team an der Lösung dieser Aufgaben. „Wir sind sicher, die technologischen Herausforderungen kurzfristig in den Griff zu bekommen – schließlich wollen wir auch weiterhin führend in diesem Markt bleiben”, gibt sich Jürgen Schumann optimistisch.