INSPEKTION MIT FARBE, INFRAROT UND UV
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- Anna Frei
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1 INSPEKTION MIT FARBE, INFRAROT UND UV TIPPS, BESONDERHEITEN, ANFORDERUNGEN LARS FERMUM, SCHULUNGSLEITER, STEMMER IMAGING
2 EIGENSCHAFTEN LICHT Licht wird durch die Angabe der Wellenlänge, Amplitude und Polarisation charakterisiert. Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge (mehr Energie) als rotes Licht. Die Farbe, die vom Betrachter wahrgenommen wird, ist das reflektierte Licht; alle anderen Farben wurden absorbiert. (Ausnahme: Selbst leuchtende Objekte) RÖNTGEN ULTRAVIOLETT SICHTBAR Nahes INFRAROT Mittleres INFRAROT Fernes INFRAROT nm
3 WELLENLÄNGENBEREICHE UV Ultra Violet VIS Visible VNIR Very Near Infrared NIR Near Infrared MIR Mid Infrared LWIR Long Wave Infrared nm nm nm nm nm nm Silizium, direkte Detektion (CCD & CMOS) HgCdTe Silizium, Fluoreszenz InGaAs Vanadiumoxid Amorphes Silizium InSb Liquid N 2 -cooled system Spektrale Auswertungen in verschiedenen Wellenlängen-Bereichen, nicht nur im VIS mit verschiedenen Halbleitermaterialien als Detektor
4 LICHTERZEUGUNG MIT LEDS Extrem schnell schalt- und auch überblitzbar Weiß, Blau, Grün, Rot etc. UV: Typisch 365, 385, 395, 405 nm IR: 850, 870, 940, 1050, 1200, 1300, 1450, 1550 nm etc. Weiße LED Rote LED Infrarote LED (950nm)
5 ERZEUGUNG VON KONTRASTEN
6 LICHT UND FARBE Additive Farbmischung Mischen von farbigem Licht Subtraktive Farbmischung Farbabsorption
7 ADDITIVE FARBMISCHUNG Grüne LED Blaue LED Rote LED
8 LICHT UND FARBIGE OBJEKTE Komplementäre Licht-Farbe macht farbiges Objekt dunkler, gleiche Farbe hellt Bild auf. Rot 630 nm Grün 530 nm Blau 470 nm IR 850 nm
9 INSPIZIEREN MIT UV Tageslicht UV-Strahlung kann Fluoreszenz-Farbstoffe anregen, die im Sichtbaren leuchten und inspiziert werden können. Beispiele: UV-aktive Klebstoffe Sicherheitsmerkmale UV-aktive Tinten Fette Zur besseren Visualisierung unbedingt mit Bandpassfilter kombinieren!
10 INSPIZIEREN MIT UV Fluoreszenz Sicherheitsmerkmale mit Monochromkamera und Bandpassfilter Grüne Fluoreszenz von Fettpunkten, Auswertung mit Farbkamera
11 INSPIZIEREN MIT IR Farbpigmente absorbieren vorwiegend im sichtbaren Wellenlängenspektrum. UV und IR- Strahlung wird kaum absorbiert, sondern reflektiert. Farbige Bedruckungen und Farben erscheinen im Kamerabild daher hell. Farbkamerabild, weiße Beleuchtung Monochromkamera, weiße Beleuchtung Monochromkamera, IR- Beleuchtung
12 OBERFLÄCHEN: INSPIZIEREN MIT UV & IR Kurzwellige Strahlung neigt verstärkt zur Streuung im Vergleich zu langwelliger Strahlung (stärkere Wechselwirkung mit Oberflächenstruktur durch höhere Frequenz; minimale Eindringtiefe) UV-Strahlung ideal zur Beobachtung von glatten Oberflächen UV-Strahlung Feine Oberfläche IR-Strahlung Kleine Merkmale, Staub und Kratzer werden dadurch besonders gut sichtbar ACHTUNG: UV LED-Risikoklassen beachten! (IEC 62471: Photobiologische Sicherheit von Lampen und Lampensystemen )
13 INSPIZIEREN MIT IR Langwellige IR-Strahlung streut weniger stark und durchdringt Materialien im Durchlicht besser. UV-Strahlung: nur Reflexion. Durchlicht Blau Kleberflasche Durchlicht IR Kleberflasche
14 AUSNUTZEN DER SENSOR-EMPFINDLICHKEIT
15 EIGENSCHAFTEN VON CCD- & CMOS-BILDSENSOREN Empfindlich über den sichtbaren Wellenlängenbereich Oft hochempfindlich für grünes Licht Zusätzlich auch IR-empfindlich, kaum UV-empfindlich SONY IMX 174 CMOS, 2.4M 5.86ΜM SONY ICX 274 CCD, 2 MPIX 4,4ΜM Quelle: Allied Vision
16 INSPEKTIONEN MIT UV ODER NIR Spezielle CCD-Sensoren mit erweiterter UV-Sensitivität bis 200 nm + Quartzglas-Abdeckung oder entferntem Schutzglas. InGaAs-Detektoren für VNIR / SWIR-Anwendungen Jai CM 140 GE -UV Xenics Gobi 640 Quelle: JAI, Datenblatt JAI CM 140 UV Quelle: Xenics, Datenblatt Gobi 640
17 SWIR-KAMERAS MIT InGaAs-DETEKTOR (IR) InGaAs-Kamera + (Bandpassfilter): Messen höherer Temperaturen, anderes Absorptions- & Transmissionsverhalten bestimmter Stoffe (z.b. Wasser bei 1450 nm) Hyperspectral Imaging: Identifizieren von unterschiedlichen organischen Substanzen, Messen von Stoffkonzentrationen Farbkamera Xenics Bobcat + Bandpassfilter 1450 nm Quelle: Perception Park
18 UV, VIS UND IR: OPTISCHE ÜBERLEGUNGEN
19 BESTE OPTISCHE ERGEBNISSE Eine Vielzahl von optischen Fehlern ist wellenlängenabhängig, solange sie nicht aufwändig kompensiert werden: Chromatischer Längsfehler Chromatischer Querfehler Koma Astigmatismus Sphärische Aberration
20 FARBKORRIGIERTE OBJEKTIVE Farbkorrigierte Objektive kompensieren Farblängs- und Farbquerfehler der Optik Trick: Verwendung von monochromatischem Licht: (z.b. rote, grüne, blaue LED!) Standard-Objektiv Licht verschiedener Wellenlängen erzeugt chromatischen Längs- oder chromatischen Querfehler. Farbkorrigiertes Objektiv Korrekte Abbildung ohne Farbsäume
21 ENTSPIEGELUNGSSCHICHTEN Achtung: Die wenigsten Optiken sind für IR gerechnet und entspiegelt! Streulicht 6% 12% 24% Unscharfe Bilder Bilder mit geringerem Kontrast aufgrund von Streulicht Spezielle IR-Objektive verfügbar (Coating / Lens Design) Funktionsweise Entspiegelung
22 BEUGUNG AM SPALT Lichtstrahl: Abbildung als Beugungsscheibchen, nicht als Punkt. Ursache dieser Unschärfe : Beugung am Spalt. Das ideale optische System ist nur beugungsbegrenzt, nicht durch optische Fehler begrenzt. Höhere Auflösung bei kürzeren Wellenlängen! Abb.2: Beugung an Kreisblende Abb.3: Beugung am Doppelspalt Quelle Abb. 1 +2: Wikipedia ( Beugung, Beugungsscheibchen) Durchmesser Beugungsscheibchen d= 2*1,22 * * ( =Blendenzahl, = Wellenlänge)
23 FREMDLICHT-ABSCHIRMUNG
24 FREMDLICHT UNTERDRÜCKEN Konstante Bleuchtungssituation, robustere Applikationen Weniger Pseudo-Fehler, weniger Arbeit: Spart Zeit, Geld und Nerven! Störende Lichteinflüsse von außen Bandpassfilter blockiert störendes Licht Quelle: Midopt
25 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Ihr Ansprechpartner Lars Fermum STEMMER IMAGING GmbH Copyright STEMMER IMAGING. Alle Rechte vorbehalten. Alle Texte, Bilder, Graphiken, Ton-, Video- und Animationsdateien sowie ihre Arrangements unterliegen dem Urheberrecht und anderen Gesetzen zum Schutz geistigen Eigentums. Sie dürfen weder für Handelszwecke oder zur Weitergabe kopiert, noch verändert und auf anderen Web-Sites verwendet werden. Einige STEMMER IMAGING-Seiten enthalten auch Bilder, die dem Urheberrecht derjenigen unterliegen, die diese zur Verfügung gestellt haben.
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