VISION 2009

Unkompliziertes LichtmittelLaser 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 Markt-

übersicht soll animieren, Laser und

LED als unkomplizierte Lichtmittel

einzusetzen.

Ohne das richtige Licht ist in der Bildverar-beitung eine dauerhaft verlässliche und reproduzierbare Auswertung einer Mess-Szene schwer umzusetzen. Um die wesent-lichen Informationen des zu prüfenden Ob-jekts oder Szene als Bild verarbeiten zu kön-nen, ist einerseits eine geeignete Kamera und passendes Objektiv notwendig, ande-rerseits hat an einem guten Bild die entspre-chende Beleuchtung einen hohen Anteil von mindestens 80 %. Laser und LED wer-den applikationsspezifisch unterschiedlich eingesetzt. Während LEDs die wohl vielsei-tigsten Möglichkeiten an diffusen, homo-genen und gerichteten Licht darstellen und im Bereich der Zeilenbeleuchtung bereits im Kilowattbereich Lichtleistung mit Millio-nen von Lux erzeugen, sind Laser nach wie vor die erste Wahl, wenn es um kohärente, stark fokussierte Beleuchtung in der 3D-Messtechnik, geht. Nun zu den Applikationsbeispiele:

Unter extremen Bedingungen

Meist sind es die Hitze und Kälte, Staub und Vibrationen, die dauerhaft auf die Systeme und Komponenten in der Stahlindustrie einwirken. Lasersysteme mit hoher Leis-tung werden permanent mit Wasser ge-kühlt, um die hohe Wärmreflexion und In-frarotstrahlung zu kompensieren. Die ver-wendeten Laser- und LED-Systeme werden unter teilweise extremen Bedingungen di-rekt über der glühenden Oberfläche ver-wendet, um das Prüfobjekt zu beleuchten. Mittels Licht werden bis über 1 200 °C heiße Strahlbrammen auf ihre Breite, Höhe und Oberflächenfehler vermessen, Kanten de-tektiert und Durchmesser von gerollten Stahl-Coils bestimmt.

Für große Flächen von mehreren Qua-dratmetern wurden teilweise Kinoprojek-toren verwendet, um diese auszuleuchten. Bei der Verwendung in einem Stahlwerk ist der organisatorische und mechanische Auf-wand umfangreich, diese zu schützen. Die Leuchtmittel müssen teilweise monatlich getauscht werden. Dazu ist immer ein kom-pletter Produktionsstillstand erforderlich, teilweise wird eine Neukalibrierung not-wendig. Neue, komplette und großflächige LED-Hochleistungsprojektoren beleuchten große Flächen, um z. B. die Lage gewalzter Stahlerzeugnisse zu bestimmen. Die Leis-tungsdichte wird durch LED-Cluster und spezieller Optik erreicht, die Lebensdauer

VISION 2009

da Silizium ab 1 100 nm transparent wird. Mit einigen Standard-Kameras ist kurz vor diesem Bereich noch eine Auswertung mög-lich. Da diese Sensorschips auch aus Silizi-um sind, ist der Messbereich jedoch be-grenzt. Entsprechende InGaAs-Kameras und IR-Spektrometer helfen dann diese Merk-male als Bild aufzunehmen und mittels Soft-ware 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 Laser-licht automatisch positioniert und erneut vermessen, um den bestmöglichen Zu-schnitt zu gewährleisten und den Verschnitt so gering wie möglich zu halten. Die einzel-nen Bretter werden dann mit LED oder La-serlicht auf bestimmte Merkmale unter-sucht. Hier finden verschiedene Lichtfarben, Beleuchtungsmethoden und Lichtleistun-

gen ihren Ein-satz. Meist erfolgt die Auswertung über klassische Bildverar-beitung. Für die Detektion von organischen Material, wie z. B. Würmer usw., werden auch Spektrometer verwendet, um spezi-fischen Fluoreszenzlinien zu erkennen.

Selbst Gammelfleisch hat keine ChanceLED-Systeme beleuchten Obst und Gemü-se, um eine qualitative Überprüfung mittels spektrometrischer Messtechnik im sicht-baren sowie im infraroten Wellenlängenbe-reichen durchführen zu können. Fehlstellen in Äpfeln, der Reifegrat von Trauben, das Alter und die Herkunft lassen sich mit La-serlicht und spektrometrischer Bild- bzw. Signalverarbeitung definieren. Damit hoch-wertiges Filet, Lachs und andere Arten von Lebensmitteln grammgenau verpackt wer-den können, werden Laser eingesetzt, um das Volumen zu bestimmen und das Le-bensmittel an der Stelle zu schneiden, bei der das Gewicht erreicht wurde. LED, Laser und Messtechnik helfen auch dabei Gam-melfleisch aufzuspüren und dieses als sol-ches zu erkennen.

Wir haben einige Anwendungen aus einer großen, stets steigenden Anzahl von Anwen-dungen in der Bildverarbeitung in vielen verschiedenen Märkten aufgezeigt. Bildver-arbeitung ist vielseitig einsetzbar, LED und Laser sind zwei der beliebtesten und be-währten Methoden, eine zuverlässige, lang-lebige Lichtquelle dafür zu erhalten.

LASER 2000

vermessen. Mit Licht können Strukturen, Einschlüsse, Blister, Phasen uvm. in allen Formen von Geweben erkannt werden.

Jede Packung muss gleich sein

Jede Medikamenteneinheit muss gleichmä-ßig gepackt und vollständig sein, es darf zu keine Unregelmäßigkeiten kommen. Die Anwesenheit und Vollständigkeit von mit Pharmaka befüllten Verpackungen, die Un-versehrtheit von Blister-Einheiten sowie darin enthaltenen Tabletten werden mittels Bildverarbeitung erfolgreich durchgeführt. LED und Laser helfen bei der richtigen Be-leuchtung, um die gewünschten Merkmale herauszuarbeiten und höchste Prozesssi-cherheit zu gewährleisten. Mit homogener LED-Beleuchtung werden hoch reflektive Materialen reflexionsfrei beleuchtet, um die entsprechenden Merkmale herauszuarbei-ten. Mit Laserlicht wird z. B. die Anwesen-heit bzw. die Vollzähligkeit der Tablettenein-heiten geprüft. Laser werden ebenfall einge-setzt, 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 Ein-schlüsse überprüft. Die geschnittenen Silizi-um-Wafer werden mit Laserlicht positio-niert, die Kanten werden vermessen. Mit LED und Laser werden Brüche erkannt, Fehlstellen detektiert und entsprechende Wafer direkt aussortiert. Mit infrarotem LED- oder Laserlicht lassen sich zudem weitere aufschlussreiche Messungen durchführen,

Dipl.-Betriebsw. Thomas Ramperts-hammer ist Key Account Manager bei der bei Laser 2000 GmbH in Wessling

beträgt nun 50 000 h – eine Amortisation er-folgt innerhalb kurzer Zeit.

Spalten vermessen

Häufig werden Laser in der 3D-Bildverarbei-tung im Automotive-Bereich eingesetzt, um den Abstand von Türkanten zu messen. Hier werden sie in stationär angebrachte Prüf-rahmen eingebaut oder als Lichtquelle in Handgeräten eingesetzt, um die Messinfor-mation zu erhalten. Ein feiner Laserstrich hilft auch, die Fensterkante im Rahmen zu definieren, um die Scheibe beim automati-sierten Einbau exakt und dicht per Roboter zu positionieren. Laser und kompakte LED-Systeme sind leicht und können direkt an die Roboter angebracht werden, um in den kleinsten Winkeln vor Ort Objekte dreidi-mensional sehr schnell zu vermessen.

Qualität im Maschinenbau verbessernEiner der größten Marktbereiche für die Bild-verarbeitung ist der Maschinenbau. LED-Systeme und Laser helfen dabei im Ferti-gungsprozess und der Qualitätssicherung die Toleranzen und geforderte Leistungskri-terien zu verbessern und den Ausschuss zu verringern – Kosten zu sparen. Mittels ver-schiedener Beleuchtungsmethoden werden z. B. die Steigungen an Gewinden vermes-sen, der Durchmesser und die Lochtiefe von Sacklöchern oder Durchgangsbohrungen überprüft. Die An- und Abwesenheit von Bauteilen und Merkmalen wird mikrometer-genau in der Lichtschnittmessung erkannt. Es werden Kanten gefunden, Abstände zu Oberflächen aus Stahl, Kunststoff oder Glas

erschienen in IndustrialVISION 4/2009 erschienen in IndustrialVISION 4/2009

There are numerous applications for laser and LED in science and research. The main focus, however, and the ver-satility 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.

Summary