VISION 2009
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Unkompliziertes Lichtmittel Laser und LED im Einsatz – eine kleine Marktübersicht
Thomas Rampertshammer
Laser und LED werden vielseitig in Wissenschaft und Forschung eingesetzt. Den Schwerpunkt und die Vielfalt finden sie jedoch in der Industrie, in der sie standardmäßig als verlässliche, kostensparende und langlebige Leuchtmittel eingesetzt werden. Unsere Marktübersicht soll animieren, Laser und LED als unkomplizierte Lichtmittel einzusetzen.
Ohne das richtige Licht ist in der Bildverarbeitung eine dauerhaft verlässliche und reproduzierbare Auswertung einer MessSzene schwer umzusetzen. Um die wesentlichen Informationen des zu prüfenden Objekts oder Szene als Bild verarbeiten zu können, ist einerseits eine geeignete Kamera und passendes Objektiv notwendig, andererseits hat an einem guten Bild die entsprechende Beleuchtung einen hohen Anteil von mindestens 80 %. Laser und LED werden applikationsspezifisch unterschiedlich eingesetzt. Während LEDs die wohl vielseitigsten Möglichkeiten an diffusen, homogenen und gerichteten Licht darstellen und im Bereich der Zeilenbeleuchtung bereits im Kilowattbereich Lichtleistung mit Millionen von Lux erzeugen, sind Laser nach wie vor die erste Wahl, wenn es um kohärente, stark fokussierte Beleuchtung in der 3DMesstechnik, geht. Nun zu den Applikationsbeispiele:
Unter extremen Bedingungen
Dipl.-Betriebsw. Thomas Rampertshammer ist Key Account Manager bei der bei Laser 2000 GmbH in Wessling
erschienen in IndustrialVISION 4/2009
Meist sind es die Hitze und Kälte, Staub und Vibrationen, die dauerhaft auf die Systeme und Komponenten in der Stahlindustrie einwirken. Lasersysteme mit hoher Leistung werden permanent mit Wasser gekühlt, um die hohe Wärmreflexion und Infrarotstrahlung zu kompensieren. Die verwendeten Laser- und LED-Systeme werden unter teilweise extremen Bedingungen direkt über der glühenden Oberfläche verwendet, um das Prüfobjekt zu beleuchten. Mittels Licht werden bis über 1 200 °C heiße Strahlbrammen auf ihre Breite, Höhe und Oberflächenfehler vermessen, Kanten detektiert und Durchmesser von gerollten Stahl-Coils bestimmt. Für große Flächen von mehreren Quadratmetern wurden teilweise Kinoprojektoren verwendet, um diese auszuleuchten. Bei der Verwendung in einem Stahlwerk ist der organisatorische und mechanische Aufwand umfangreich, diese zu schützen. Die Leuchtmittel müssen teilweise monatlich getauscht werden. Dazu ist immer ein kompletter Produktionsstillstand erforderlich, teilweise wird eine Neukalibrierung notwendig. Neue, komplette und großflächige LED-Hochleistungsprojektoren beleuchten große Flächen, um z. B. die Lage gewalzter Stahlerzeugnisse zu bestimmen. Die Leistungsdichte wird durch LED-Cluster und spezieller Optik erreicht, die Lebensdauer
beträgt nun 50 000 h – eine Amortisation erfolgt innerhalb kurzer Zeit.
Spalten vermessen Häufig werden Laser in der 3D-Bildverarbeitung im Automotive-Bereich eingesetzt, um den Abstand von Türkanten zu messen. Hier werden sie in stationär angebrachte Prüfrahmen eingebaut oder als Lichtquelle in Handgeräten eingesetzt, um die Messinformation zu erhalten. Ein feiner Laserstrich hilft auch, die Fensterkante im Rahmen zu definieren, um die Scheibe beim automatisierten Einbau exakt und dicht per Roboter zu positionieren. Laser und kompakte LEDSysteme sind leicht und können direkt an die Roboter angebracht werden, um in den kleinsten Winkeln vor Ort Objekte dreidimensional sehr schnell zu vermessen.
Qualität im Maschinenbau verbessern Einer der größten Marktbereiche für die Bildverarbeitung ist der Maschinenbau. LEDSysteme und Laser helfen dabei im Fertigungsprozess und der Qualitätssicherung die Toleranzen und geforderte Leistungskriterien zu verbessern und den Ausschuss zu verringern – Kosten zu sparen. Mittels verschiedener Beleuchtungsmethoden werden z. B. die Steigungen an Gewinden vermessen, der Durchmesser und die Lochtiefe von Sacklöchern oder Durchgangsbohrungen überprüft. Die An- und Abwesenheit von Bauteilen und Merkmalen wird mikrometergenau in der Lichtschnittmessung erkannt. Es werden Kanten gefunden, Abstände zu Oberflächen aus Stahl, Kunststoff oder Glas
vermessen. Mit Licht können Strukturen, Einschlüsse, Blister, Phasen uvm. in allen Formen von Geweben erkannt werden.
Jede Packung muss gleich sein Jede Medikamenteneinheit muss gleichmäßig gepackt und vollständig sein, es darf zu keine Unregelmäßigkeiten kommen. Die Anwesenheit und Vollständigkeit von mit Pharmaka befüllten Verpackungen, die Unversehrtheit von Blister-Einheiten sowie darin enthaltenen Tabletten werden mittels Bildverarbeitung erfolgreich durchgeführt. LED und Laser helfen bei der richtigen Beleuchtung, um die gewünschten Merkmale herauszuarbeiten und höchste Prozesssicherheit zu gewährleisten. Mit homogener LED-Beleuchtung werden hoch reflektive Materialen reflexionsfrei beleuchtet, um die entsprechenden Merkmale herauszuarbeiten. Mit Laserlicht wird z. B. die Anwesenheit bzw. die Vollzähligkeit der Tabletteneinheiten geprüft. Laser werden ebenfall eingesetzt, um die Phase an Kanülen zu messen.
Präzision fürs Sonnenlicht Die Bildverarbeitung in der Photovoltaik hilft die Leistungsbilanz der Silizium-Wafer zu steigern. Bereits am Produktionsbeginn wird der Ingot mit entsprechendem Licht auf Einschlüsse überprüft. Die geschnittenen Silizium-Wafer werden mit Laserlicht positioniert, die Kanten werden vermessen. Mit LED und Laser werden Brüche erkannt, Fehlstellen detektiert und entsprechende Wafer direkt aussortiert. Mit infrarotem LEDoder Laserlicht lassen sich zudem weitere aufschlussreiche Messungen durchführen,
da Silizium ab 1 100 nm transparent wird. Mit einigen Standard-Kameras ist kurz vor diesem Bereich noch eine Auswertung möglich. Da diese Sensorschips auch aus Silizium sind, ist der Messbereich jedoch begrenzt. Entsprechende InGaAs-Kameras und IR-Spektrometer helfen dann diese Merkmale als Bild aufzunehmen und mittels Software durchgängig und sicher auszuwerten.
Da ist der Wurm drin Mit Laserlicht wird der Durchmesser von Holzstämmen und damit über die Länge des Baumstammes das Volumen bestimmt. Im Sägewerk wird dann das Holz mittels Laserlicht automatisch positioniert und erneut vermessen, um den bestmöglichen Zuschnitt zu gewährleisten und den Verschnitt so gering wie möglich zu halten. Die einzelnen Bretter werden dann mit LED oder Laserlicht auf bestimmte Merkmale untersucht. Hier finden verschiedene Lichtfarben, Beleuchtungsmethoden und Lichtleistun-
Summary There are numerous applications for laser and LED in science and research. The main focus, however, and the versatility of use are in industrial application where they are used as standard illuminant due to their reliability, cost efficiency and long-life cycle. From a wide range of markets this article presents an outline of several examples of use. The purpose of the market overview is to encourage the use of laser and LED as straightforward illuminant.
gen ihren Einsatz. Meist erfolgt die Auswertung über klassische Bildverarbeitung. Für die Detektion von organischen Material, wie z. B. Würmer usw., werden auch Spektrometer verwendet, um spezifischen Fluoreszenzlinien zu erkennen.
Selbst Gammelfleisch hat keine Chance LED-Systeme beleuchten Obst und Gemüse, um eine qualitative Überprüfung mittels spektrometrischer Messtechnik im sichtbaren sowie im infraroten Wellenlängenbereichen durchführen zu können. Fehlstellen in Äpfeln, der Reifegrat von Trauben, das Alter und die Herkunft lassen sich mit Laserlicht und spektrometrischer Bild- bzw. Signalverarbeitung definieren. Damit hochwertiges Filet, Lachs und andere Arten von Lebensmitteln grammgenau verpackt werden können, werden Laser eingesetzt, um das Volumen zu bestimmen und das Lebensmittel an der Stelle zu schneiden, bei der das Gewicht erreicht wurde. LED, Laser und Messtechnik helfen auch dabei Gammelfleisch aufzuspüren und dieses als solches zu erkennen. Wir haben einige Anwendungen aus einer großen, stets steigenden Anzahl von Anwendungen in der Bildverarbeitung in vielen verschiedenen Märkten aufgezeigt. Bildverarbeitung ist vielseitig einsetzbar, LED und Laser sind zwei der beliebtesten und bewährten Methoden, eine zuverlässige, langlebige Lichtquelle dafür zu erhalten.
LASER 2000 erschienen in IndustrialVISION 4/2009