Durchlichtbeleuchtung - Präzision beginnt mit klaren Kanten

In der Bildverarbeitung lassen sich Beleuchtungssituationen grob in zwei Varianten einteilen. Entweder wird das Objekt aus der Richtung der Kamera beleuchtet = klassisches Auflicht, oder es wird im Durchlicht aufgenommen. Beim Durchlicht schaut die Kamera in Richtung der Lichtquelle und erfasst das Objekt als Silhouette.

In diesem Teil unserer Beleuchtungs-Serie, konzentrieren wir uns auf das Durchlicht.

Wenn wir Ingenieuren zum ersten Mal einen Durchlichtaufbau zeigen, halten viele das für die einfachste Beleuchtungstechnik überhaupt. Schließlich stellt man das Objekt einfach zwischen Lichtquelle und Kamera und im Grunde ist es doch nur Schattenfotografie.

Was wir jedoch über viele Jahre in der Messtechnik gelernt haben, was auf dem Papier einfach aussieht, ist in Wirklichkeit eines der leistungsfähigsten Werkzeuge in der industriellen Bildverarbeitung.

Mehr als reine Anwesenheitskontrolle

Natürlich wird Durchlicht häufig für einfache Aufgaben eingesetzt. Zum Beispiel zur Anwesenheitskontrolle oder zur Positionsbestimmung. Und dafür eignet es sich hervorragend.

Seine eigentliche Stärke zeigt Durchlicht jedoch bei Messaufgaben. Wenn Kanten absolut zuverlässig und präzise detektiert werden müssen, kommt kaum etwas anderes in Frage. Deshalb ist Durchlicht, wann immer möglich, unsere erste Wahl bei Projekten die hochpräzise geometrische Messungen erfordern.

Das richtige Objektiv. Der entscheidende Faktor.

Insbesondere wenn eine Objektebene nicht vollständig plan ist, setzen wir häufig telezentrische Objektive ein. Denn Telezentrie eliminiert die perspektivischen Fehler, die bei Standardobjektiven unvermeidlich sind. Kanten erscheinen über das gesamte Bildfeld hinweg konsistent, ohne Verzerrung. Zusätzlich hilft sie dabei, Kanten präziser zu erfassen, da die Lichtstrahlen parallel verlaufen.

Dabei gilt es aber einen Punkt zu beachten, den viele unterschätzen. Unabhängig vom gewählten Objektiv muss dessen Auflösungsvermögen passen. Es reicht nicht aus, nur die Sensorauflösung zu berücksichtigen. Das Objektiv muss die zu messenden Strukturen auch optisch sauber trennen können.

Wenn Sensor, Optik und Beleuchtung korrekt aufeinander abgestimmt sind, und das beeindruckt immer wieder, lassen sich Messfähigkeiten erreichen, die zwei- bis dreimal besser sind als die nominelle Pixel-pro-Millimeter-Auflösung

Praxistests. Was wir gelernt haben.

In unserem Labor verwenden wir für Systemanalysen Kalibrierplatten, die mit einer Genauigkeit von 0,15 µm geätzt sind. Dabei folgen wir einer grundlegenden Regel. Das Kalibrierobjekt sollte mindestens zehnmal genauer sein, als die angestrebte Messfähigkeit. Idealerweise sogar zwanzigmal.

Ein Punkt, der viele unserer Kunden überrascht, ist die Bedeutung der Belichtung. Messobjekte dürfen nicht überstrahlt werden. Unsere Erfahrung zeigt, dass leicht dunklere Bilder, die für das Auge ungewohnt wirken, in der Regel stabilere und besser reproduzierbare Messergebnisse liefern.

Unsere Methodik ist einfach, aber konsequent. Wir messen alle bekannten Abstände zwischen den Kalibrierpunkten über das gesamte Bildfeld und wiederholen diese Messungen mehrfach. So erhalten wir statistisch belastbare Aussagen über die tatsächliche Systemperformance.

Die Zahlen sprechen für sich. Vergleich von Durchlichtkonzepten.

Mit diesem Ansatz lässt sich sehr genau quantifizieren, was unterschiedliche Durchlichtvarianten leisten.

Unsere bevorzugte Lösung ist gerichtetes Durchlicht. Ein telezentrisches Durchlicht verbessert die Messgenauigkeit gegenüber einer gerichteten Durchlichtplatte um weitere 0,3 µm. Wenn man diese Genauigkeit benötigt, ist das ideal. Wenn nicht, kann man sich die Mehrkosten sparen.

Am schlechtesten schneiden diffuse Durchlichtplatten ab, insbesondere wenn sie sehr nah am Objekt positioniert sind. Die Kantenschärfe nimmt deutlich ab, was sich unmittelbar in einer schlechteren Messgenauigkeit widerspiegelt.

Fazit

Durchlicht ist keine Standardlösung, die man einfach einsetzt, sondern ein hochpräzises Messwerkzeug,
das ein sauberes Design und ein gutes Verständnis erfordert.
Wenn man es jedoch richtig umsetzt, sind die Ergebnisse deutlich besser als das,
was man allein aus der Pixelauflösung erwarten würde.

In der industriellen Bildverarbeitung ist die Regel klar.
Wenn Präzision wirklich zählt, ist Durchlicht oft der einzige gangbare Weg.

Wie sind Ihre Erfahrungen? Haben Sie Durchlicht bereits in Messanwendungen eingesetzt? Gerne testen wir für Sie!