- In der Bildverarbeitung benötigt jede Applikation eine geeignete Beleuchtung, um zusammen mit der passenden Hard- und Software eine prozesssichere Lösung zu schaffen. Für gut ausgeleuchtete und scharfe Bilder ist der Einsatz einer geblitzten Beleuchtung oft unumgänglich. Externe Beleuchtungslösungen nutzen hierfür eigene Blitzcontroller. Neben den Kosten für diese Zusatzhard-ware müssen die Geräte separat programmiert, verkabelt und mit der Bildaufnahme synchronisiert werden. Durch die Integration des Blitzcontrollers in einen Vision-Sensor von Baumer mit C- Mount-Anschluss können die Aufwände und Kosten für die Anlagenintegration deutlich reduziert werden.
Zwei Welten vereint
Die Beleuchtung ist ein entscheidender Teil der Lösung einer Applikation in der industriellen Bildverarbeitung. Ohne ein gut ausgeleuchtetes Bild ist auch die leistungsfähigste Software nicht in der Lage, eine Prüfaufgabe prozesssicher zu lösen. Umgekehrt lassen sich zahlreiche Aufgaben geradezu mit Leichtigkeit lösen, wenn erst einmal die passende Beleuchtung gefunden wurde. LED-Beleuchtungen haben sich in den letzten Jahren zu dem Standard in der Bildverarbeitung entwickelt. Dies ist vor allem dem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis, der langen Lebensdauer sowie ihrer Robustheit gegenüber Vibration und Staub zu verdanken.
LEDs mit vielen Vorteilen
Die LEDs bieten aber noch einen anderen Vorteil gegenüber alternativen Beleuchtungslösungen wie Halogen- und Leuchtstofflampen. Durch ihre kurzen Reaktionszeiten ist es möglich, die LEDs zeitsynchron zur Bildaufnahme zu aktivieren, ohne dass die Komponenten selbst durch das wiederholte Ein- und Ausschalten Schaden nehmen. Im Gegenteil – das Ausschalten der LEDs zwischen den Bildaufnahmen wirkt einem Temperaturanstieg entgegen und verlängert so die Lebensdauer der Beleuchtung. Eine Erwärmung der LEDs hätte dabei zwei negative Auswirkungen: Zum einen erhöht sich das Risiko, die Beleuchtung vollständig zu zerstören, zum anderen verringert sich die Intensität der Beleuchtung. So strahlen rote LEDs etwa 1 % weniger Licht pro 1 K Steigerung der Betriebstemperatur ab.
Die kurzen Reaktionszeiten eröffnen, neben der Verlängerung der Lebensdauer, ein noch größeres Potenzial. LEDs können für kurze Zeit auch mit einer höheren Leistung betrieben werden, als es im Dauerbetrieb möglich wäre. Dadurch kann die Intensität der Beleuchtung für die Dauer des Betriebs wesentlich erhöht werden. Man spricht auch vom „Blitzen" der Beleuchtung. Bei einigen Beleuchtungen ist so eine Steigerung der Intensität um den Faktor 10 gegenüber dem Dauerbetrieb möglich. Vorteile bietet dies insbesondere bei schnellen Applikationen, bei denen oft sehr kurze Belichtungszeiten verwendet werden, um die Bewegungsunschärfe so gering wie möglich zu halten. Um bei der Belichtung dennoch ein ausreichend helles Bild zu erhalten, muss während dieser Zeit möglichst viel Licht erzeugt werden. Das Blitzen der Beleuchtung ist hierzu oft der einfachste und kostengünstigste Weg. Eine besonders helle Beleuchtung hat neben der Verringerung der Bewegungsunschärfe noch einen weiteren Vorteil. In vielen Fällen ist eine komplette Einhausung und damit Abschattung des Kamerasystems nicht möglich, nicht erwünscht oder schlicht zu teuer. Somit erhöht sich das Risiko, durch Fremdlicht Störungen im Bild zu erhalten. Mit der Erhöhung der Intensität der Beleuchtung wird der Einfluss des Fremdlichts verringert, da der Anteil der gewollten Beleuchtung relativ zum ungewollten Umgebungslicht steigt.
Externer Blitzcontroller erhöht Komplexität
Geblitzte LED-Beleuchtungen bieten also zahlreiche Vorteile gegenüber dem Betrieb als Dauerlicht (allerdings muss eine mögliche Störung des Bedieners geprüft werden), jedoch wird hierfür ein Blitzcontroller benötigt. Dieses externe Gerät sorgt dafür, dass die Beleuchtung mit dem Stromimpuls in der richtigen Stärke, Länge und dem korrekten Duty Cycle (Verhältnis der Impulsdauer zur Impulsperiodendauer) betrieben wird. Für die Einstellung dieser Parameter ist der Controller aufwändig zu programmieren. Hierfür werden herstellerspezifische Programmierumgebungen verwendet. Oft kommt noch die RS232-Schnittstelle zum Einsatz, die allerdings in vielen neueren PCs und Laptops nicht verfügbar ist. Zusätzlich muss der Controller mit der Bildaufnahme der Kamera oder des Vision-Sensors synchronisiert werden.
Zusätzliche Hindernisse können bereits bei der elektrischen Installation entstehen: Während in den meisten Maschinen eine 24-VDC-Spannungsversorgung genutzt wird, werden viele Beleuchtungen mit 12 VDC betrieben. Somit ist eine entsprechende Anpassung der Spannung oder gar der Einbau einer separaten Spannungsversorgung unumgänglich. Weiterhin sind bei der elektrischen Inbetriebnahme eine Vielzahl unterschiedlicher Kabeltypen anzuschließen und zu verbinden. Während in vielen anderen Bereichen Standards geschaffen wurden, gibt es für die Beleuchtungsmodule keine einheitliche Schnittstelle für die Integration. Die Inbetriebnahme einer Beleuchtung kann damit unerwartet komplex werden.
Integration erleichtert Inbetriebnahme
In den letzten Jahren haben sich Vision-Sensoren etabliert, mit denen viele Bildverarbeitungsaufgaben auch ohne aufwändige Programmierung gelöst werden können. Vision-Sensoren dringen nach und nach in Anwendungsbereiche ein, die früher komplexen Bildverarbeitungssystemen vorbehalten waren. Das liegt vor allem daran, dass ein komplettes Bildverarbeitungssystem in einem kompakten Gerät integriert ist. Mit den neuen Vision-Sensoren VeriSens mit C-Mount-Anschluss geht Baumer jetzt einen Schritt weiter: Ein Blitzcontroller ist bereits vollständig integriert. Diese hard- und softwareseitige Integration bietet zahlreiche Vorteile: Ohne zusätzlichen Programmier- und Verkabelungsaufwand ist die Synchronisation zwischen Bildaufnahme und Blitzimpuls gegeben, sodass wertvolle Zeit während der Inbetriebnahme gespart wird. Die Einstellung und Programmierung des Controllers erfolgt dabei über die intuitive Bediensoftware des Vision-Sensors. Die notwendigen Parameter für die Beleuchtung lassen sich mit wenigen Mausklicks einstellen und ermöglichen so eine größtmögliche Freiheit bei der Wahl der Beleuchtung.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Sensors ist der für den elektrischen Anschluss der Beleuchtung konzipierte Stecker. Hierfür wird ein standardisierter, 4-poliger Stecker (M8) verwendet, über den bereits zahlreiche Beleuchtungen angeschlossen werden können. Für andere Beleuchtungssysteme oder zusätzliche externe Blitzcontroller sind Adapterkabel verfügbar, um beispielsweise den Anschluss über JST-Stecker, wie sie von Herstellern wie ccs oder Falcon meist verwendet werden, zu ermöglichen. Die elektrischen Parameter der Ansteuerung sind, wie erwähnt, über die Software einstellbar. Möglich ist dabei die Auswahl der notwendigen Spannung und der maximalen Stromstärke (kontinuierliche Beleuchtung: 12/24 VDC, max. 800 mA, Blitzbeleuchtung: 24/48 VDC, max. 4 A Peak).
DIE AUTOREN Dipl.-Ing. Andreas Döring und Dipl.-Wirt.-Ing. Martin Koch, beide vom Technical & Application Support bei Baumer in Radeberg ( www.baumer.com )
praxis plus
Mithilfe des integrierten Blitzcontrollers im Vision-Sensor VeriSens C-Mount von Baumer wird die Inbetriebnahme einer externen Beleuchtung zum Kinderspiel. Damit kann eine geblitzte Beleuchtung mit alle ihren Vorteilen, wie höhere Lebensdauer, höhere Lichtausbeute, geringere Fremdlichtab-hängigkeit sowie Bewegungsun-schärfe, so einfach wie eine Beleuchtung im Dauerbetrieb integriert werden. Neben der Zeitersparnis kann der Einbauplatz reduziert und nicht zuletzt das Geld für einen separaten Blitzcontroller gespart werden. Die notwendigen Parameter lassen sich während der Inbetriebnahme des Vision-Sensors in der gleichen Software einstellen, ohne ein separates Programm verwenden zu müssen. Dies ermöglicht es, sich auf das schnelle, effiziente Lösen der Applikation zu konzentrieren.
INFO-TIPP
Technische Merkmale, Eigenschaften, Bestandteile und Typen von Vision-Sensoren sowie ihre Abgrenzung zur den Smart-Kameras fasst die folgende Wikipedia-Website zusammen:
