Im rechten Licht #####

Vision-Sensoren erobern ob ihrer einfachen Handhabbarkeit immer mehr Einsatzgebiete. Dabei hat die passende Ausleuchtung auch hier eine Schlüsselposition inne: Denn die Wahl der richtigen Lichtquelle sowie die Ausrichtung von Sensor und Lichtquelle zueinander sind für die Detektionssicherheit entscheidend.

Vision-Sensoren erobern ob ihrer einfachen Handhabbarkeit immer mehr Einsatzgebiete. Dabei hat die passende Ausleuchtung auch hier eine Schlüsselposition inne: Denn die Wahl der richtigen Lichtquelle sowie die Ausrichtung von Sensor und Lichtquelle zueinander sind für die Detektionssicherheit entscheidend.

Zu den wichtigsten Einsatzfeldern von Vision-Sensoren gehören heute die Teile-Detektion mittels Muster- und Konturerkennung, die Farberkennung sowie die Identifikation von Barcodes und Data-Matrix-Codes. Dabei stellen die Sensoren hohe Ansprüche an die Beleuchtung. Je besser die Bildqualität, umso höher die Detektionssicherheit – denn selbst der beste Auswerte-Algorithmus kann im Nachhinein keine Details ergänzen, die bereits während der Aufnahme verloren gingen. Nicht umsonst gilt die richtige Beleuchtung als A und O für den Erfolg und die stabile, prozesssichere Funktion jeder Automatisierungsanwendung mit Vision-Sensoren.

Grundsätzlich lassen sich zwei Haupt-Beleuchtungsarten unterscheiden: die Hellfeld- und die Dunkelfeld-Beleuchtung. Bei der Hellfeld-Beleuchtung werden Sensor und Beleuchtung derart angeordnet, dass das Licht von der Oberfläche direkt in den Sensor reflektiert wird. Umgekehrt werden bei der Dunkelfeld-Beleuchtung Lichtquelle und Sensor so platziert, dass nur Streulicht, zum Beispiel von Kanten, direkt in den Sensor gelangt.

Die Hellfeld-Beleuchtung mit senkrechter Ausrichtung des Sensors zum Objekt kann wegen der – selbst auf schwarzen Kunststoff-Oberflächen – auftretenden Reflexionen problematisch sein, da diese das zu erkennende weiße Muster überstrahlen. In solchen Fällen empfiehlt es sich stattdessen, den Sensor mit integrierter Beleuchtung leicht gegenüber der Objekt-Oberfläche zu verkippen – typischerweise um 10 bis 20°, wodurch ein Dunkelfeld entsteht. Auf diese Weise lassen sich direkte Reflexionen des Hintergrundes vermeiden: Er erscheint dunkel, und zugleich werden weiße Aufdrucke, die diffus reflektieren, hervorgehoben. So entsteht ein stabiles, kontrastreiches Bild.

Auch bei Kunststoffteilen mit erhaben angespritzten Merkmalen wie Schriften oder ähnlichem ist die Hellfeld-Anordnung wegen der auftretenden Reflexionen nicht empfehlenswert. Eine Dunkelfeld-Anordnung durch eine zur Objekt-Oberfläche verkippte Ausrichtung des Sensors liefert bereits bessere Ergebnisse; optimal ist in solchen Fällen jedoch eine frontale Ausrichtung des Sensors mit flach einfallendem, seitlichen Licht aus einer externen Beleuchtungsquelle.

Bei der Detektion stark reflektierender Metall-Oberflächen hingegen ist die Hellfeld-Beleuchtung oft von Vorteil. Die Metall-Oberflächen werden durch Totalreflexion selbst vor weißem Hintergrund klar hervorgehoben, so dass keine Störungen vom nun dunkel erscheinenden Hintergrund auftreten können. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Detektionssicherheit erreichen. Da der Effekt der Totalreflexion stark von Oberfläche und Winkelausrichtung abhängt, ist bei der Hellfeld-Beleuchtung auf die Stabilität dieser beiden Größen über die Serie zu achten.

Anspruchsvolle Beleuchtungssituationen

Besondere Anwendungen verlangen spezielle (Beleuchtungs-)Lösungen: Soll beispielsweise Schattenwurf an einem symmetrisch runden Teil vermieden werden, bietet sich eine Dunkelfeld-Anordnung mit einem externen Ringlicht an. Besteht das Risiko von Reflexionen und Überstrahlungen – wie bei der Muster-Erkennung oder Code-Lesung auf gewölbten Oberflächen –, kann diffuses Licht aus einer externen Dom- oder Tunnelbeleuchtung die richtige Wahl sein. Und last but not least gibt es die Möglichkeit, im Durchlicht zu arbeiten, wenn es auf die Erkennung von Außenkonturen ankommt und die baulichen Gegebenheiten dies zulassen.