Beleuchtung und Belichtung für 3D auf glänzenden Teilen: ein Praxisleitfaden

Dieser Leitfaden sammelt die Maßnahmen an Licht und Belichtung mit der größten Wirkung auf spiegelnden Teilen – in der Reihenfolge, in der wir sie ausprobieren würden.

Dieser Beitrag gehört zu unserem Leitfaden 3D-Bildverarbeitung für glänzende, ölige und metallische Teile. Die klassischen 2D-Beleuchtungsarten – Durchlicht, Dunkelfeld, Koaxiallicht, Ringlicht – beschreibt Welche Beleuchtungsarten gibt es?

1. Mit der Spiegelgeometrie beginnen

Auf einer glänzenden Oberfläche erzeugt eine Lampe überall dort ein Glanzlicht, wo der Einfallswinkel dem Winkel zur Kamera entspricht. Bevor Sie Hardware ergänzen, skizzieren Sie die Zelle: Kamera, Lampen, Fenster, helle Hallenleuchten und die Hauptflächen des Teils. Wo eine Lichtquelle in der Spiegelrichtung einer großen ebenen Fläche liegt, entsteht ein gesättigter Fleck.

Oft reicht eine kleine Änderung: die Kamera um einige Grad neigen, eine Lampe seitlich versetzen oder die Kamera so montieren, dass die Hauptflächen nicht senkrecht zu ihrer Achse stehen. Bei einer robotergeführten Kamera lässt sich die Aufnahmepose so wählen, dass der Blick die stärkste Spiegelung meidet.

2. Fremdlicht herausnehmen

Tageslicht durch ein Oberlicht, eine Hallenleuchte, die nachts eingeschaltet wird, die Warnleuchte eines Staplers – sie alle erzeugen Glanzlichter, die kommen und gehen. Eine Einhausung oder Kabine nimmt sie heraus und macht das Ergebnis rund um die Uhr reproduzierbar. Die Stoßfänger-Prüfanlagen von Mühlbauer arbeiten genau deshalb in geschlossenen Kabinen: konstantes Licht, unabhängig von Tageszeit und Hallenbeleuchtung.

Wo keine Einhausung möglich ist, unterdrückt eine schmalbandige Lichtquelle mit passendem Bandpassfilter vor dem Objektiv einen großen Teil des Fremdlichts.

3. Große, diffuse Lichtquellen bevorzugen

Eine kleine, helle Lampe erzeugt ein kleines, gesättigtes Glanzlicht. Eine große, diffuse Quelle – eine Kuppel, eine Diffusorplatte, ein Ringlicht mit Diffusorfolie – verteilt dasselbe Licht über einen weiten Winkelbereich. Das Glanzlicht wird größer, aber viel schwächer, und die Kamera sieht die Oberfläche noch hindurch.

Der Kompromiss: Großes, diffuses Licht verringert den Kontrast feiner Merkmale. Für die 3D-Messung auf glänzenden Teilen ist das meist ein guter Tausch. Beleuchtungshardware für LumiScan-Zellen liefern wir ebenfalls.

4. Polarisation gezielt einsetzen

Spiegelnde Reflexion erhält die Polarisation des einfallenden Lichts weitgehend, diffuse Streuung löscht sie aus. Mit einem Polarisator vor der Lichtquelle und einem zweiten, gekreuzten vor dem Objektiv wird ein großer Teil des Spiegelanteils herausgefiltert. Auf Lack, Kunststoffen und Folien funktioniert das gut.

Auf blankem Metall ist der diffuse Anteil von vornherein schwach; nach dem Filtern wird das Bild dunkel – planen Sie längere Belichtung oder stärkeres Licht ein. Polarisatoren kosten in jedem Fall Licht, was bei kurzen Belichtungszeiten für bewegte Teile zählt.

5. Den Dynamikumfang mit mehreren Belichtungen erweitern

Ist ein Teil zugleich hell und dunkel, erfasst keine einzelne Belichtung beides. Mehrere Aufnahmen mit unterschiedlicher Belichtungszeit, zusammengeführt, erhalten Details in Glanzlichtern und Schatten. Im Mühlbauer-Projekt werden für stark reflektierende und dunkle Teile mehrere Aufnahmen zusammengeführt.

Der Preis ist Zeit: Jede zusätzliche Belichtung verlängert den Takt. Setzen Sie sie dort ein, wo das Teil es verlangt, nicht als Standard.

6. Textur ergänzen, wo die Oberfläche keine hat

Eine Lichtfeld- oder Stereokamera braucht etwas, das sie wiedererkennt. Glänzende Teile bieten meist genug: Bearbeitungsspuren, Kanten, Bohrungen, Aufdrucke. Glatte, matte, einfarbige Flächen nicht. Für sie wirft ein Projektor ein künstliches Zufallsmuster auf die Szene. Der optionale Projektor LumiScan SL macht genau das für LumiScan X.

Auf glänzenden Bereichen hilft ein projiziertes Muster deutlich weniger – es wird an der Kamera vorbeigespiegelt. Projektion ist ein Werkzeug für merkmalslose matte Flächen, keine Lösung für Glanz.

7. Kameraposition und Montage wählen

• Fest über der Szene: am schnellsten, weil die Kamera aufnehmen kann, während der Roboter fährt. Am besten, wenn Teile und Licht gut kontrolliert sind.
• Am Roboter: Die Kamera kann ihren Blickwinkel pro Griff wählen und bei einem uneindeutigen Teil eine zweite Aufnahme aus einem anderen Winkel machen – wertvoll bei spiegelnden Teilen. Die Demonstration zum visuellen Spannen mit Teledyne zeigt, wie eine Messbahn an die Lage eines frei abgelegten Teils angepasst wird.

8. Sauber halten

Staub, Ölnebel und Fingerabdrücke auf dem Kamerafenster erzeugen einen Schleier, der in jedem Bild den Kontrast senkt. Legen Sie ein Reinigungsintervall fest und machen Sie das Fenster leicht zugänglich.

Kurz gesagt

Zuerst das Licht kontrollieren, dann die Belichtung, dann Textur ergänzen, wo sie fehlt – und eine Kamera einsetzen, die aus vielen Blickwinkeln misst, damit die verbleibenden Glanzlichter als das erkannt werden, was sie sind. Was die einzelnen 3D-Verfahren beitragen, vergleicht 3D-Messverfahren für glänzende Teile im Vergleich; wie Sie das Ergebnis mit eigenen Teilen überprüfen, beschreibt unsere Checkliste für den Machbarkeitstest.