Anwendung von Polarisatoren und polarisiertem Licht in Projekten der maschinellen Sichtprüfung

Die maschinelle Sichtprüfung ist entscheidend für die intelligente Fertigung, jedoch beeinträchtigen Reflexionen an der Werkstückoberfläche, Blendungen und ungleichmäßige Beleuchtung häufig die Bildqualität und erschweren die genaue Fehlererkennung. Polarisatoren und polarisierte Lichtquellen als zentrale optische Komponenten spielen eine Schlüsselrolle bei der Steuerung des Polarisationszustands von Licht – sie unterdrücken effektiv unerwünschte Reflexionen, erhöhen den Kontrast von Fehlern und filtern Störungen durch Umgebungslicht. Dadurch wird die Bildschärfe und die Zuverlässigkeit der Erkennung erheblich verbessert. Im Folgenden werden ihre Kernfunktionen sowie konkrete Anwendungsbeispiele kurz vorgestellt.

1. Kernfunktionen der Polarisation in der maschinellen Bildverarbeitung

Die Hauptaufgabe der Polarisationstechnologie besteht darin, das optische Umfeld von Systemen der maschinellen Bildverarbeitung über drei zentrale Funktionen zu optimieren: Erstens unterdrückung von Spiegelreflexionen und Blendungen : Filterung linear polarisierten reflektierten Lichts von glatten Oberflächen (z. B. Metall, Glas), um Blendungen zu eliminieren, die Fehler verdecken. Zweitens erhöhung des Fehlerkontrasts : Umwandlung subtiler Polarisationszustandsänderungen, die durch innere Fehler (z. B. Blasen, Risse) in transparenten Materialien verursacht werden, in sichtbare Graustufenunterschiede. Drittens störfestigkeit gegenüber Umgebungslicht : Blockierung zufällig polarisierten Umgebungslichts, um eine stabile Bildqualität in komplexen industriellen Umgebungen sicherzustellen.

2. Übersichtliche praktische Anwendungsfälle

Die Polarisations­technologie wird bereits breitflächig zur Lösung anspruchsvoller Prüfszenarien eingesetzt. Typische Beispiele sind:

2.1 Erkennung von Oberflächenfehlern bei Automobilglas

Automobilglas weist eine hohe Transparenz und Glätte auf, was bei herkömmlicher Beleuchtung zu starker Spiegelreflexion führt. Durch den Einsatz linear polarisierter Lichtquellen und Kreuzpolarisationsfilterung (Polarisator und Analysator im 90°-Winkel) wird die Reflexion effektiv unterdrückt. Kratzer, Blasen und Verunreinigungen auf der Glasoberfläche werden deutlich sichtbar gemacht, wobei die Fehlererkennungsgenauigkeit (≥0,1 mm) 99,5 % erreicht – deutlich höher als die 85 % traditioneller Systeme.

2.2 Erkennung interner Fehler in Kunststofffolien

Transparente Kunststofffolien weisen geringfügige Unterschiede in der Lichtintensität zwischen inneren Blasen/Verunreinigungen und dem Trägermaterial auf, wodurch Fehler schwer erkennbar sind. Polarisiertes Licht erzeugt aufgrund von Brechungsindexunterschieden an Fehlstellen eine Doppelbrechung. Durch Polarisationsfilterung werden unsichtbare innere Fehler in deutlich sichtbare helle/dunkle Stellen umgewandelt, was eine präzise Erkennung durch Algorithmen ermöglicht.

2.3 Erkennung von Kratzern an metallischen Motorteilen

Metallische Motorteile haben spiegelähnliche reflektierende Oberflächen, wodurch Kratzermerkmale bei herkömmlicher Beleuchtung unscharf erscheinen. Durch Anpassung des Winkels zwischen dem Polarisator (vor der Lichtquelle) und dem Analysator (vor der Kamera) wird die Spiegelreflexion herausgefiltert, während die diffuse Reflexion von Kratzern erhalten bleibt. Kratzer erscheinen als klare dunkle Linien, wodurch eine zuverlässige Erkennung durch Bildverarbeitungsalgorithmen sichergestellt ist.

2.4 Barcode-Erkennung bei Aluminiumfolienverpackungen

Die hohe Reflektivität von Aluminiumfolie macht gedruckte Barcodes unter normalem Licht nicht erkennbar. Die Polarisierungstechnologie unterdrückt die Substratreflexion, indem sie das polarisierte Reflexionslicht der Aluminiumfolie filtert, während das Streulicht der Barcode-Schicht erhalten bleibt. Dadurch wird eine stabile und genaue Barcode-Erkennung ermöglicht und die Rückverfolgbarkeit von Produkten sichergestellt.

3. Schlussfolgerung

Polarisatoren und polarisierte Lichtquellen spielen in der industriellen Bildverarbeitung eine unersetzliche Rolle, da sie Reflexionen unterdrücken, den Kontrast erhöhen und Störungen abwehren. Ihre Anwendung löst effektiv Erkennungsschwierigkeiten bei hochreflektierenden, transparenten und komplex strukturierten Oberflächen. Mit dem Fortschritt der intelligenten Fertigung wird die Polarisierungstechnologie zukünftig die hochpräzise und stabile Inspektion in einer Vielzahl industrieller Szenarien unterstützen.