Beleuchtung für visuelle Sensoren

Die Basis für jede optische Messung bildet das möglichst kontraststarke Darstellen der zu messenden Merkmale. Am einfachsten gelingt dies an den Außenkanten der Messobjekte. In diesem Fall kann im Durchlicht gearbeitet werden (Abb. 12a). Ideale Voraussetzungen bieten flache Messobjekte. Bei räumlich ausgedehnten Kanten ist jedoch die Wechselwirkung zwischen Beleuchtung, Messobjekt und Abbildungsstrahlengang zu beachten. Der Hersteller eines Koordinatenmessgeräts muss dafür Sorge tragen, dass die Öffnungswinkel (Aperturen) der einzelnen optischen Systeme aufeinander abgestimmt sind und die Bildverarbeitungssoftware Möglichkeiten zur ausreichend guten Kalibrierung der Kantenlage-Algorithmen bietet. Für spezielle Anwendungen wie das Messen rotationssymmetrischer Teile (z. B. liegende Zylinder) kommen besondere, in der Apertur verstellbare Durchlichteinheiten zum Einsatz.

Abb. 12: Beleuchtungsarten: a) Durchlicht; b) Hellfeld-Auflicht, in das Objektiv integriert; c) Dunkelfeld-Auflicht MultiRing®, höhenverstellbar für Objektive mit festem Arbeitsabstand; d) Dunkelfeld-Auflicht MultiRing® in Kombination mit Werth-Zoom: A1: flacher Lichteinfall, geringer Arbeitsabstand; A5: steiler Lichteinfall.

Die Anwendung visueller Sensoren erfordert neben der Durchlichtbeleuchtung meist auch eine Auflichtbeleuchtung. Zu unterscheiden sind zwei Arten: Das  Hellfeld-Auflicht (Abb. 12b) wird parallel zur Achse des Strahlengangs auf das Messobjekt projiziert. Im Idealfall erfolgt dies direkt durch die Linsensysteme der Abbildungsoptik. Diese Beleuchtungsart erzielt z. B. auf Metalloberflächen einen direkten Reflex. Das Messobjekt wird hell dargestellt. Geneigte Oberflächen reflektieren das Licht am Objektiv vorbei und werden somit dunkel abgebildet (Abb. 13).

Abb. 13: Messobjekte bei verschiedenen Beleuchtungsarten: Dunkelfeld-Auflicht aus verschiedenen Richtungen (a–d), Hellfeld- und Dunkelfeld- Auflicht am gleichen Objekt (e, f), Kontrastverbesserung durch flache Beleuchtung mit MultiRing® (g, h).

Das Dunkelfeld-Auflicht strahlt unter einem schrägen Winkel zum Abbildungsstrahlengang auf das Messobjekt. Normalerweise kommen hierfür ringförmige Anordnungen zum Einsatz, wie z. B. Glasfaser-Ringbeleuchtungen. Diese weisen den Vorteil eines geringen Wärmeeintrags in das Messvolumen auf. Durch Segmentierung lassen sich Beleuchtungseffekte aus verschiedenen Raumrichtungen erzeugen. Lichtemittierende Dioden (LED) ermöglichen es, das Dunkelfeld-Auflicht optimal an die Messaufgabe anzupassen. Durch Zuschalten von verschiedenen Diodengruppen können unterschiedliche Beleuchtungswinkel erzeugt werden (Abb. 12c). Bei der MultiRing®-Beleuchtung ist es in Kombination mit einer Zoomoptik mit veränderlichem Arbeitsabstand (s. Abb. 9) möglich, auch den Winkel zur optischen Achse in einem weiten Bereich zu variieren. Außerdem erhält man die Möglichkeit, mit ausreichend großem Arbeitsabstand zu den Objekten zu messen (Abb. 12d).
Bei modernen Multisensor-Koordinatenmessgeräten sind alle Lichtquellen über die Messsoftware des Geräts automatisch steuerbar. Die Helligkeit kann anhand des vom Objekt reflektierten Lichts geregelt werden. Dies ermöglicht einen praxisgerechten Einsatz bei wechselnden Materialoberflächen. Eine rechnerische Korrektur der Lampenkennlinien gestattet das Weiterverwenden der CNC-Programme auch nach einem Lampenwechsel.