Maschinenvisionsbeleuchtung für die Membraninspektion: Zwei praktische Anwendungsfälle

Transparente und halbtransparente Membranen sind schwer zu inspizieren, weil sie Beleuchtung durchlassen oder streuen können, anstatt eine deutlich sichtbare Kante zu erzeugen. Ein praktikables System für die maschinelle Bildverarbeitung muss sicherstellen, dass der Zustand „Membran vorhanden“ und der Zustand „Membran nicht vorhanden“ sich konsistent unterscheiden – ohne sich allein auf Software-Verbesserungen verlassen zu müssen. Bei diesen beiden Tests bestand das Inspektionsziel in der Anwesenheitserkennung. Zwei verschiedene Membranstrukturen erforderten unterschiedliche Beleuchtungsgeometrien: ein Kuppellicht für eine Membran mit Stahlring und ein Ringlicht mit flachem Einfallswinkel für eine gewölbte Membran.

Warum die Beleuchtungsgeometrie bei der Membran-Anwesenheitserkennung entscheidend ist

Eine Membran kann physisch vorhanden sein, bleibt aber unter ungeeigneter Beleuchtung nahezu unsichtbar. Die Beleuchtung muss daher so mit Membran und Halterung interagieren, dass innerhalb des Inspektionsbereichs eine reproduzierbare Änderung der Intensität oder Farbe entsteht.

Für die Stahlring-Probe war ein Monochrom-Bild ausreichend, da die Membran den Ring unter frontal diffuser Beleuchtung von dunkel nach hell veränderte. Für die Kuppelmembran-Probe bewahrte eine Farbkamera den sichtbaren Tonunterschied: Der Haltering erschien ohne Membran schwarz und milchig-weiß, sobald die Membran installiert war.

Diese Tests zeigen, warum die Beleuchtung anhand des optischen Verhaltens des Bauteils – und nicht allein anhand der Helligkeit – ausgewählt werden sollte. Form der Oberfläche, Transparenz, Gesichtsfeld, Arbeitsabstand, Kameratyp und Einbauraum beeinflussten sämtlich die endgültige Konfiguration. Die bereitgestellten Bilder demonstrieren eine klare visuelle Trennung; Angaben zu Genauigkeit, Zykluszeit oder Wiederholbarkeit wurden jedoch nicht gemacht; diese Werte sind während der Produktionsfreigabe zu bestätigen.

Fall 1: Inspektion einer Stahlring-Membran mit einer Kuppelbeleuchtung

Die erste Einrichtung verwendete frontale diffuse Beleuchtung von einer schalenförmigen Kuppelleuchte. Ihre breite reflektierende Oberfläche verteilte das Licht rund um die Stahlringhalterung und erzeugte ein hochkontrastiges Schwarz-Weiß-Bild. In den bereitgestellten Ergebnissen blieb der Halterungsring schwarz, wenn die Membran fehlte, und wurde hellweiß, sobald die Membran vorhanden war. Diese Zustandsänderung liefert dem Bildverarbeitungsalgorithmus ein direktes Region-of-Interest-Signal zur Anwesenheitsprüfung.

Die Bildaufnahmekonfiguration bestand aus einer MV-CS200-10GM 20-MP-Monochrom-Flächenkamera , ein 35-mm-Festbrennweitenobjektiv , und eine KM-3DM13034-W-24V-S-Kuppelleuchte . Der Arbeitsabstand des Objektivs betrug 180 mm , der Bildfeldbereich war 67 × 45 mm , und die Einbauhöhe der Beleuchtung betrug 93 mm .

Eine Kuppelbeleuchtung war geeignet, da die Membran und die kreisförmige Halterung eine breite, gleichmäßige Frontalbeleuchtung erforderten. Für den Produktionsbetrieb sollten das Team Belichtung und Verstärkung festlegen, die Station vor wechselndem Umgebungslicht abschirmen und Proben unter normalen Bedingungen sowie bei fehlender Membran, verschobener Membran und Chargenvariationen validieren.

Fall 2: Kuppel-Membran-Inspektion mit einer Ringlichtquelle mit niedrigem Einfallswinkel

Die zweite Probe wies eine andere Geometrie auf und erforderte einen niedrigeren Beleuchtungswinkel. Eine horizontal ausgerichtete Ringlichtquelle mit niedrigem Einfallswinkel beleuchtete den Kuppel-Membran-Bereich, während die Farbkamera den resultierenden RGB-Kontrast aufzeichnete. Ohne Membran erschien der Bereich der kreisförmigen Halterung schwarz. Mit installierter Membran erschien derselbe Bereich milchig-weiß, wodurch beide Zustände visuell unterscheidbar wurden.

Diese Anordnung verwendete eine MV-CU120-10GC 12-MP-Farbbereichsscan-Kamera , ein 16-mm-Festbrennweitenobjektiv mit einem 1-mm-Verlängerungsring , und eine KM-2RN12085A0-W-24V(1.3)-D-Ringlicht . Der Arbeitsabstand des Objektivs betrug 80 mm , der Bildfeldbereich war 37 × 28 mm , und die Einbauhöhe der Beleuchtung betrug 23 mm .

Die Anordnung mit niedrigem Einfallswinkel wurde gewählt, um die Membranreaktion sichtbar zu machen, wobei das kreisförmige Merkmal und die umgebenden Löcher erhalten blieben. Vor der Freigabe an die Fertigungslinie sollte die Inspektion nach der thermischen Stabilisierung und innerhalb der erwarteten Toleranz für die Bauteilposition getestet werden. Die Schwellenwerte sollten auf mehreren einwandfreien und fehlerhaften Mustern beruhen, nicht auf einem einzelnen Referenzbild.

Technische Erkenntnis

Diese Fälle zeigen, dass ähnliche Aufgaben zur Anwesenheitserkennung unterschiedliche Beleuchtung erfordern können lÖSUNGEN . Für die Stahlringmembran erwies sich eine diffuse Kuppelbeleuchtung mit monochromem Kontrast als vorteilhaft, während die Kuppelmembran eine Ringbeleuchtung mit niedrigem Einfallswinkel und Farbinformation benötigte. Die richtige Wahl hing davon ab, wie jede Membran mit Licht interagierte, nicht einfach von der Kameraauflösung.

Für ein neues Membran-Inspektionsprojekt stellen Sie bitte die Teilezeichnung, Beispielbilder, Membranmaterial, Gesichtsfeld, Arbeitsabstand, Zeilen-Geschwindigkeit, Kameramodell und Akzeptanzkriterien bereit. Ein kontrollierter Probentest kann dann verschiedene Beleuchtungsgeometrien vergleichen und die endgültigen Bedingungen für Kamera, Objektiv, Beleuchtung, Belichtungszeit, Verstärkung (Gain) sowie Montage dokumentieren. Diese Aufzeichnung erleichtert die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses bei der Installation oder Verdopplung des Systems. Das Produktionsteam sollte zudem Referenzbilder sowohl für akzeptierte als auch für abgelehnte Zustände speichern und den Schwellenwert nach Wartungsarbeiten, Austausch von Halterungen oder Anpassung der Beleuchtung erneut überprüfen. Dadurch wird verhindert, dass eine nicht dokumentierte Hardwareänderung zu einer neuen Quelle falscher Ergebnisse wird.

Senden Sie HIFLY Ihre intakten und fehlenden Membranproben zur anwendungsspezifischen Beleuchtungstestung und zur Empfehlung einer geeigneten Konfiguration.