FAQ

Beleuchtung

Was bezeichnet man als optisches Spektrum? Das optische Spektrum, was auch als Farbspektrum bezeichnet wird, sind diejenigen elektromagnetischen Wellenlängen, die vom Auge sichtbar sind. Es enthält die Regenbogenfarben, d.h. alle natürlichen Farben. Die unterschiedlichen Farben entstehen durch die unterschiedliche Wellenlänge mit denen ein Lichtstrahl gesendet wird. Sichtbares Licht erstreckt sich in einem Wellenlängenbereich von 380 bis 780 Nanometer. Die angrenzenden ultravioletten Strahlen, wie auch die Infraroten sind für das menschliche Auge nicht sichtbar.

Was ist die additive Farbmischung? Nimmt man drei Lichtkegel, die in den Grundfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) strahlen und lässt diese übereinander scheinen erhält man in den Überschneidungsbereichen eine Farbmischung. Wird Licht addiert strahlt die Fläche folglich heller. In der additiven Farbmischung werden die Farben R, G und B gemischt. Auf diese Weise erhält man: Blau + Grün = Cyan Grün + Rot = Yellow Rot + Blau = Magenta Nach diesem Prinzip entstehen z.B. die Farbbilder in einer Kamera oder in einem Fernseher.

Was ist die subtraktive Farbmischung? Bei der subtraktiven Farbmischung werden die Farbanteile nicht addiert, sondern man subtrahiert bestimmte Lichtanteile bis man schließlich Schwarz erhält bzw. eben kein Licht mehr ausgestrahlt wird. Hierzu werden in der Regel Filter verwendet. Hält man vor eine weiße Lichtquelle einen Yellow-Filter, wird nur noch der gelbe Lichtanteil durchgelassen. Setzt man ein zweites cyanfarbenes Filter davor, sind es nur noch die Anteile, die sowohl in Yellow als auch in Cyan enthalten sind, nämlich Grün. Diese Art der Farbmischung wird in der Drucktechnologie angewendet um ein bestimmtes Farbspektrum zu erhalten.

Was sind Komplementärfarben? Komplementärfarben sind Ergänzungsfarben, die sich gegenseitig zu einem Spektrum ergänzen. Außerdem bilden sie den jeweils stärksten Kontrast miteinander. Sie mischen sich bei der additiven Farbmischung zu Weiß und bei der subtraktiven Farbmischung zu Schwarz und liegen im Farbkreis immer gegenüber.

Wie entsteht eine Körperfarbe, bzw. warum ist ein Gegenstand Blau? Farbe ist Licht! Wie kommt es also das ein Gegenstand z.B. Blau erscheint? Jede Oberfläche eines Gegenstandes hat gewissermaßen eine Filterfunktion, d.h. vom menschlichen Auge wird nur ein bestimmter Wellenlängenbereich wahrgenommen. Trifft weißes Licht auf ein „blaues“ Objekt werden von diesem nur die blauen Anteile reflektiert, die roten und grünen Lichtstrahlen hingegen werden von der Molekularstruktur des Objekt absorbiert und sind daher vom Auge nicht erkennbar.

Beleuchtungsstärke und fotometrisches Entfernungsgesetz Die auf einen Körper auftreffende Lichtenergie ist die Beleuchtungsstärke und wird in Lux (lx) angegeben. Bei grellem Tageslicht im Sommer hat man z.B. ca. 100 000lx, in einem Sportstadion ca. 1000lx. Die Beleuchtungsstärke nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Anders ausgedrückt sind der Lichtstrom un die Lichtstärke Größen die die Helligkeit von Lichtquellen beschreiben. Die Beleuchtungsstärke verwendet dagegen die Helligkeit beleuchteter Flächen um eine Aussage treffen zu können. Sie beschreibt z.B. die Stärke der Beleuchtung von Gegenständen oder Räumen.

Farbtemperatur Die Farbtemperatur einer Lichtquelle ist die Temperatur, die ein schwarzer Körper haben müsste, damit dessen Licht denselben Farbeindruck erweckt wie die Lichtquelle. Damit wird eine spezielle Frequenzverteilung dargestellt. Die Einheit der Farbtemperatur wird in Kelvin (K) angegeben.

Was ist Transmission und Absorption? Wie wird Licht reflektiert? Der Transmissionsgrad gibt an wie viel Prozent des einfallenden Lichtes durch einen Gegenstand durchgelassen wird. Der Absorptionsgrad dagegen beschreibt wie viel Prozent der Lichtmenge durch den Gegenstand geschluckt bzw. festgehalten wird. Trifft Licht auf einen Gegenstand wird er in Abhängigkeit des Materials reflektiert. Bei einer rauen Oberfläche wird das Licht gestreut in alle Richtungen zurückgeworfen, man spricht auch von diffuser Reflexion. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Rauhigkeit der Oberfläche größer ist als die Wellenlänge des eintreffenden Lichtes. Bei sehr glatten, spiegelnden Oberflächen findet idealerweise keine Streuung statt.

Was versteht man unter diffusem Licht bzw. für welche Applikationen werden diffuse Beleuchtungen eingesetzt? Diffuses Licht besitzt idealerweise keine Vorzugsrichtung, hat also folglich in alle Richtungen des Raumes die gleiche Leuchtdichte. Diffuse Beleuchtungen werden eingesetzt um bestimmte Oberflächeneigenschaften (z.B. Bearbeitungsspuren) zu unterdrücken. Ebene, glänzende Teile können mit dieser Beleuchtungsart gleichmäßig ausgeleuchtet werden und verrundete Kanten werden unterdrückt. An gering strukturierten Oberflächen wird dadurch eine schwach kontrastierte Beleuchtung erzielt.

Wann ist der Einsatz gerichteter Beleuchtung sinnvoll? Sollen strukturierte Ungleichheiten eines Prüfkörpers hervorgehoben werden, d.h. sollen Kratzer oder Kanten detektiert werden so kommt eine gerichtete Beleuchtung zum Einsatz. Schattenwurf und Reflexionen werden hierbei für eine Kontrasterhöhung eingesetzt. Mittels gerichtetem Auflicht ist es außerdem möglich diffus reflektierende Teile gleichmäßig auszuleuchten.

Was versteht man unter Dunkelfeldbeleuchtung? Bei der Dunkelfeldbeleuchtung befindet sich die Kamera außerhalb der direkten Reflexionsrichtung des einfallenden Lichtes. Eine völlig glatte Objektoberfläche erscheint dadurch dunkel, Unregelmäßigkeiten dagegen hell. Mit dieser Beleuchtungsart wird der maximale Kontrast bei texturierten Oberflächen erreicht, außerdem führt es zu einer starken und scharfen Schattenbildung. Konturen können auf diese Art auch ohne Software- Filterung stark hervorgehoben werden.

Was ist eine koaxiale Beleuchtung und für welche Anwendung macht Sie Sinn? Mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels kann das Licht, d.h. die Beleuchtung in den Strahlengang der Optik eingespiegelt werden, wodurch eine gleichmäßige Beleuchtung von diffus reflektierenden bis glänzenden Flächen möglich ist.

Wann macht der Einsatz einer telezentrischen Beleuchtung Sinn? Zusammen mit telezentrischen Objektiven immer dann, wenn es auf eine helle, kontrastreiche Beleuchtung ankommt und optisch schwierig zu handhabende Prüfobjekte sind die hochgenau erkannt oder vermessen werden müssen. Beispiele hierfür sind glänzende Teile, Glas oder auch Objekte unterschiedlicher Höhe. Dabei benötigt die ausgeprägte Vorzugsrichtung der Lichtausstrahlung eine exakte Ausrichtung und es muss stets für eine solide und einstellbare Befestigung gesorgt werden. Telezentrische Beleuchtungen sind eine Sonderform gerichteter Beleuchtungen und haben eine sehr starke Richtcharakteristik (sehr gute Fremdlichtunterdrückung). Sie werden so gut wie ausschließlich im Durchlicht eingesetzt. In der Brennebene der Optik der Beleuchtung wird dabei eine Lichtquelle bekannter, kleiner Beleuchtungsapertur angebracht, wodurch ein paralleler Hauptstrahlengang vorliegt. Sie sind unempfindlicher gegen Schwingungen und Justierfehler und weisen im Gegensatz zu parallelen Beleuchtungen mit Laserlichtquellen keine Speckles auf, da sie inkohärentes Licht nutzen. Wichtig ist wie oben erwähnt die Kombination mit telezentrischen Optiken, da für Standardobjektive, d.h. entozentrische Objektive, durch den parallelen Hauptstrahlengang die Lichtquelle im Unendlichen zu stehen scheint.

Welche Nachteile hat man bei der Verwendung von Kaltlichtquellen bzw. Halogenglühlampen? Kaltlichtquellen sind wegen der verwendeten Lichtquellen erschütterungs-empfindlich. Sie können durch das Nachleuchten der Lichtquelle nur begrenzt elektrisch angesteuert werden, d.h. sie verhalten sich beim Schalten relativ träge. Die Helligkeitseinstellung erfolgt mittels Dimmer, was eine Änderung der Farbtemperatur nach sich trägt, oder mit einer Blende durch Begrenzung des Lichtstromes. Sie haben eine eher geringe Lebensdauer und einen großen Helligkeitsabfall. 93% der ausgestrahlten Energie wird in Form von IR-Licht frei, d.h. in einer Wellenlänge, die für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.

Welche Vor- und Nachteile haben Metalldampflampen? Metalldampflampen sind sehr hell und haben eine Farbtemperatur ähnlich dem Sonnenlicht. Außerdem besitzen sie eine längere Lebensdauer als Halogenlampen. Nachteil dieser Lichtquelle sind die Kosten und das diskontinuierliche Spektrum (einzelne Spektralbänder).

Auf was muss bei dem Einsatz von Leuchtstoffröhren geachtet werden? Leuchtstoffröhren liefern ein homogenes und sehr helles Licht. Allerdings muss auf die Wechselspannungsfrequenz geachtet werden, um Helligkeitsschwankungen bei der Aufnahme zu vermeiden.

Welche Vor- und Nachteile haben LED-Beleuchtungen? LEDs sind aufgrund ihrer langen Lebensdauer (>50000h) und geringen Leistungsaufnahme besonders industrietauglich. Sie haben einen sehr geringen Helligkeitsdrift und sind erschütterungsunempfindlich. Aufgrund ihrer Größe ist eine nahezu beliebige Beleuchtungsform möglich, die eine ideale elektrische Ansteuerbarkeit bietet. Helligkeitseinstellungen können manuell, über Steuerspannung oder Bus geregelt werden. Im Hochfrequenzbetrieb kann somit bei längeren Belichtungszeiten eine flimmerfreie Beleuchtung garantiert werden. Mittels einer farbigen oder adaptiven Mischbestückung können sie in nahezu jeder Farbe (monochrom als auch IR) geblitzt werden, was die Lebensdauer wiederum erhöht. LED-Beleuchtungen sind eingehaust in robuste Gehäuse und können IP-Schutzklassen bis IP67 erreichen. Kurzfristig ist diese Beleuchtungsart kostenintensiver und hat bisher die Helligkeit einer Halogenlampe noch nicht erreicht. Für den praktischen Betrieb gelten folgende Zusammenhänge: Eine Erwärmung von 1 Grad Celsius führt zu 1% Helligkeitsverlust (reversibler Vorgang). Bei einer Langzeiterwärmung jedoch verändert sich der LED-Chip un der Helligkitsverlust ist irreversibel. Eine Helligkeitseinstellung auf 50% ist daher wesentlich langzeitstabiler. Das Ein- und Ausschalten (auch mit hohen Frequenzen wie bei Blitzbeleuchtun) schadet dem LED-Chip nicht, im Gegenteil es verlängert durch die geringere Erwärmung Helligkeit und Lebensdauer.

Wie kann man mit einer Beleuchtung den Kontrast eines Prüfkörpers hervorheben? Eine optische Kontrastverstärkung kann mittels Komplementärfarben bei der Beleuchtung erzielt werden. Außerdem kann durch den Einsatz bestimmter Beleuchtungstechniken, wie z.B. einer Dunkelfeldbeleuchtung der Kontrast eines Objektes ebenfalls angehoben werden.

Für welche Applikationen werden infrarote Beleuchtungen eingesetzt? Sind im sichtbaren Licht Objektdetails nicht erkennbar, oder ist eine hohe Unabhängigkeit von Fremdlichteinflüssen erwünscht macht der Einsatz einer IR-Beleuchtung Sinn. Aufgrund der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges ist sie zwar für uns nicht sichtbar, wird jedoch von Sensoren wahrgenommen. Infrarotbeleuchtungen sind besonders gut blitzbar, erzeugen aber auf dem Bildaufnehmer ein kontrastärmeres Bild (Pixel-Übersprechen). Um das sichtbare Licht des Spektrums auszuschalten und kontrastreichere Prüfergebnisse zu erhalten, werden sie in der Praxis mit Tageslichtsperrfiltern oder Bandpassfiltern kombiniert. Auch hier sind bei der Anwendung bestimmte Effekte zu beachten: Die Farbwiedergabe der Prüfobjekte ist meist unberechenbar. Viele Stoffe, wie z.B. auch Druckpigmente sind für IR-Licht durchsichtig. Außerdem treten bei starken Vergrößerungen stärkere Beugungseffekte an Kanten auf und der Reflexionsgrad ist für infrarotes Licht zum Teil sehr abweichend vom für uns sichtbaren Licht. Oftmals muss die Fokussierung nachgeführt werden, was zu einer Vergrößerung des Arbeitsabstandes führt.

Für welche Prüfaufgaben werden adaptive Beleuchtungen eingesetzt? Bei adaptiven Beleuchtungen ist es möglich die LEDs einzeln anzusteuern. Sollen z.B. schräge Oberflächen in der metallverarbeitenden Industrie detektiert werden, so ist es mit diesen Beleuchtungen möglich entfernungsbedingte Helligkeitsunterschiede auszugleichen. Ebenso kann bei stark strukturierten Oberflächen, wie sie bei Holz- oder Rohgussteilen auftreten, die Beleuchtungsstärke besser abgestimmt werden. Bei einer adaptive mischbestückten Beleuchtung ist man sowohl durch selektive Komplementärfarbenbeleuchtung als auch mit entsprechenden Beleuchtungsstärken in der Lage Prüflingsmerkmale hervorzuheben oder auch auszugleichen (Unterdrückung störender Reflexionen). Anwendung finden diese Beleuchtungen in der Leder und Stoffverarbeitenden Industrie.