Neu: das Reflektor-Prinzip
Wenn im Fall von AOI-Applikationen der Abstand vom Objekt zur Kamera und zur Beleuchtung variiert, stellt die schwankende Bildhelligkeit eine echte Herausforderung für die Bildverarbeitung dar. Der Einsatz von Reflektortechnik ermöglicht es, in derartigen Fällen mehr Licht von einer LED zu sammeln (größerer Erfassungswinkel der abgestrahlten Lichtmenge) und eine bessere Lichtverteilung über die Tiefe zu erreichen. Im Gegensatz zu einer Hintergrund- oder einer Hellfeldbeleuchtung wird für eine Auflichtbeleuchtung in der Regel eine fokussierte Beleuchtung eingesetzt. Marktübliche Beleuchtungssysteme setzen in solchen Fällen Stab- oder Fresnellinsen ein, um die notwendigen Beleuchtungsstärken zu erreichen. Während die Verwendung von Stablinsen zu Farbabweichungen aufgrund von Beugungseffekten führt, ist das von Chromasens entwickelte und patentierte Spiegel-(Reflektor)-Prinzip frei von solchen negativen Auswirkungen. Bei der Brechung an Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte (also Linsen) ergibt sich der durch die Brechung verursachte Ausfallwinkel als eine Funktion der Wellenlänge. Deshalb wird bei einer Stablinse jede Wellenlänge auf eine andere Entfernung fokussiert. Wenn die Unterschiede der Winkel auch nicht besonders groß sind, führen sie doch zu einer unterschiedlichen Farbkomposition abhängig vom Arbeitsabstand. Weißes Licht enthält (fast) alle Wellenlängen, nach der Brechung werden die verschiedenen Wellenlängen aber nicht in der gleichen Weise am gleichen Ort wieder zusammengefügt. Bei der neu entwickelten Reflektortechnologie folgt die Reflektion der physikalischen Grundregel: Ausfallswinkel gleich Einfallswinkel und ist somit unabhängig von der Wellenlänge. ‚Color Aberration‘ ist dann relevant, wenn es um eine homogene Farbqualität bei nicht präzise zu kontrollierenden Arbeitsabständen geht. Das gilt beispielsweise bei der Druckinspektion, wo die Bahn eventuell leicht schwankt, man aber präzise Farbbilder braucht. Eine periodische ‚Auf-und-ab-Bewegung‘ der Druckbahn hat – im Fall einer Color Aberration der Beleuchtung – für das Auge deutlich sichtbare Farbwellen zur Folge.
3D-Beamforming
Zusätzlich zu der Reflektor-Technologie kommen mittlerweile auch geschickte Kombinationen von speziellen Linsen und Reflektor-Baugruppen zum Einsatz, die ein sogenanntes 3D-Beamforming erlauben, also die Formung des Lichts nicht nur in Richtung der Beleuchtungslinie und der Beleuchtungstiefe, sondern auch in Richtung der Beleuchtungsbreite.
- • Mit 3D-Beamforming kann eine höhere Effizienz und Lichtintensität erreicht werden, da weniger Licht außerhalb der Beleuchtungsbreite verloren geht.
- • Die gezielte Lichtformung vermeidet seitliche Blendungen und ermöglicht die Realisierung applikationsspezifischer Beleuchtungsprofile entlang der Beleuchtungsbreite.
- • Gleichzeitig kann das Lichtintensitätsprofil entlang des Arbeitsabstandes optimiert werden. Eine Funktionalität, die insbesondere bei AOI-Applikationen enorme Vorteile bietet.
Ohne eine gezielte Beamformung des Lichts erzeugt man sowohl entlang der Scanzeile als auch über die Tiefe üblicherweise eine sehr ungleichmäßige Lichtverteilung. Die typische Methode mit ungleichmäßig verteiltem Licht umzugehen, war bislang die sogenannte Shading-Korrektur. Dabei werden Pixel, die weniger beleuchtete Gebiete abbilden verstärkt, das heißt mit einem Faktor >1 multipliziert. Moderne Kameras erlauben jedem Pixel einen solchen Verstärkungsfaktor zuzuordnen. Diese Verstärkung intensiviert jedoch gleichzeitig das Rauschen, was wiederum nur durch Erhöhung der Lichtintensität reduziert werden konnte. Musste beispielsweise ein Beleuchtungsquader ausgeleuchtet werden, dann funktionierte die Shading-Korrektur in nur einer Entfernung wirklich korrekt. Für jede Entfernungsebene wäre ein unterschiedlicher Shading-Korrektur-Faktor erforderlich. Die einzige Lösung bestand darin, den Quader homogen auszuleuchten, oder zumindest einer homogenen Ausleuchtung nahe zu kommen. Durch die jetzt durch Beamformung mögliche effiziente und gezielte Lichtlenkung entstehen keine Verluste außerhalb des auszuleuchtenden Bereichs sowie keine ’schlechter ausgeleuchteten Zonen‘ innerhalb des auszuleuchtenden Bereichs. Zudem steht mehr Licht für die Kamera zur Verfügung und kann für höhere Scangeschwindigkeiten, höhere Tiefenschärfe (das heißt kleinere Blende) oder weniger Rauschen (das heißt besseres Signal-Rausch-Verhältnis) eingesetzt werden. Ein weiterer positiver Nebenaspekt ist der geringere Energiebedarf, der den Aufwand für die Kühlung der Beleuchtung verringert. Und schließlich erleichtert ein homogen ausgeleuchtetes Bild die Weiterverarbeitung des Bildes erheblich.
