Hellfeldbeleuchtung mit Ringlichtern in der Bildverarbeitung

Autoren: Thomas Stard & Rebecca Charboneau

Einführung in die Hellfeldbeleuchtung mit Ringlichtern

Hellfeld-Ringlichter eignen sich am besten, wenn eine gleichmäßige Beleuchtung mit möglichst geringer Schattenbildung erforderlich ist, insbesondere wenn der Arbeitsabstand relativ kurz ist und Platzmangel herrscht. Sie werden in der Nähe des Bildverarbeitungsobjektivs oder darauf montiert und liefern koaxiales Licht in einem relativ kompakten Design. Da Hellfeld-Ringlichter ihr Licht in einem scharfen Winkel auf das Objekt werfen (Abbildung 1.), können reflektierende Oberflächen ein kreisförmiges Blendungsmuster verursachen. Außerdem können Oberflächentexturen oder feine Oberflächendefekte aufgrund der gleichmäßigen Beleuchtung durch das Ringlicht über dem Objekt einen schlechten Kontrast aufweisen. Die folgenden Bilder zeigen verschiedene Objekte (diffus und spiegelnd) mit Hellfeldbeleuchtung unter Verwendung eines weißen LED-Ringlichts. Die Bilder wurden mit dem 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, dem 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie und dem telezentrischen 0,69X CobaltTL-Objektiv mit dem Sensor IMX540 aufgenommen, der für die Objektive der C-Serie mit Festbrennweite auf ein 2/3"-Sensorformat verkleinert wurde.

Bildanalyse und Auswertung der Hellfeldbeleuchtung mit Ringlicht

Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, 6 mm Brennweite	Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie, 25 mm Brennweite
A	A
B	B
C	C
D	D
E	E

Die linke Spalte von Tabelle 1 zeigt Bilder, die mit dem 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie bei einem Arbeitsabstand von 200 mm aufgenommen wurden. Bei der Abbildung von reflektierenden Objekten wie der Leiterplatte (PCB, E) und dem Medikamentenfläschchen (A) kann ein Ring aus LEDs auf der Oberfläche dieser Objekte beobachtet werden. Diese Spiegelung könnte die Bildverarbeitung des Systems beeinträchtigen. Beim Verschluss (Bilderpaar B), dem Versandetikett (C) und dem Metallzahnrad (D) eignet sich das gleichmäßige Licht hervorragend zur Beleuchtung der Oberflächen dieser weniger reflektierenden Objekte. Die Bilder in der rechten Spalte von Tabelle 1 wurden mit dem 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie bei einem Arbeitsabstand von 750 mm aufgenommen, um die gleiche Vergrößerung und das gleiche Bildfeld wie beim 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie zu erhalten. Die Blendung durch die Ringlicht-LEDs auf der Leiterplattenoberfläche und dem Medikamentenfläschchen ist zwar immer noch zu sehen, aber da der Arbeitsabstand beim 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie länger ist, ist die Blendung nicht so deutlich. Dies zeigt, wie wichtig es ist, nicht nur die Beleuchtungsgeometrie zu definieren, sondern auch zu berücksichtigen, wie sich Arbeitsabstand und Bildfeld auf die Gleichförmigkeit der Beleuchtung des Bildgebungssystems auswirken.

Telezentrisches CobaltTL Objektiv, 0,69X
A
B
C
D
E

Tabelle 2 zeigt Bilder der gleichen Teile, die mit dem telezentrischen 0,69X-CobaltTL-Objektiv aufgenommen wurden. Im Vergleich zu den vorherigen Bildern, die mit Objektiven mit Festbrennweite aufgenommen wurden, hat das telezentrische Objektiv ein viel kleineres Bildfeld (FOV), so dass nur bestimmte Bereiche der Probenobjekte gezeigt werden. Bei diesem kleinen Bildfeld werden die Auswirkungen von Blendeffekten reduziert, und es scheint, dass das Ringlicht des Hellfelds alle darüber liegenden Objekte effektiv beleuchtet. An den reflektierenden Teilen können je nach Topografie des Objekts noch kleinere Hotspots beobachtet werden, wie sie an den gekrümmten Lötstellen der Leiterplatte zu sehen sind.

Schlussfolgerung: Die wichtigsten Erkenntnisse für die Integration von Hellfeld-Ringlichtern in Bildverarbeitungssysteme

Insgesamt ist die Hellfeldbeleuchtung mit einem Ringlicht gut für diffuse Objekte geeignet und sollte bei der Abbildung stark reflektierender Objekte mit Vorsicht genutzt werden. Diese Hellfeldkonfiguration bietet eine gleichmäßige Beleuchtungsstärke und minimiert Schatten, wodurch sie sich ideal für die Untersuchung von flachen, matten oder mäßig reflektierenden Oberflächen eignet. Wenn Sie eine zuverlässige Kantenerkennung und eine klare Darstellung von Merkmalen ohne komplexe Beleuchtungseinstellungen anstreben, bietet ein Ringlicht eine kostengünstige und einfach zu integrierende Option, die eine gleichbleibende Abbildungsleistung unterstützt.

Weiterführende Informationen

• Anwendungshinweis: Hintergrundbeleuchtung in der industriellen Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Hellfeldbeleuchtung mit Punkt- und Balkenstrahlern für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Hellfeldbeleuchtung mit Dombeleuchtung für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Dunkelfeld-Beleuchtung mit Ringlichtern für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Telezentrische In-Line-Beleuchtung für die industrielle Bildverarbeitung
• Anwendungshinweis: Bedeutung und Auswahl der korrekten Beleuchtung
• Anwendungshinweis: Beleuchtungshalterungen für Bildverarbeitungsanwendungen
• Anwendungshinweis: Relative Beleuchtung, Randabfall und Vignettierung

Stückliste

• Verwendete Kamera: LUCID Vision Labs Triton2™ TRT245S-MC monochrome Kamera, Sony IMX540, 24,5 MP (TRT245S-MC) (#28-874)
• Verwendete Objektive: 6-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie von Edmund Optics (#67-709), 25-mm-Objektiv mit Festbrennweite der C-Serie von Edmund Optics (#59-871) und telezentrisches 0,69X-CobaltTL-Objektiv (#15-872).
• Verwendetes Licht: Advanced Illumination Ringlicht mit hoher Intensität, weiß, 2,95" (#88-484)