Digitalisierung ermöglicht präzise LED-Controller

Neue Entwicklungen bei der digitalen Beleuchtungssteuerung vereinfachen die Kombination Kamera, digitaler Beleuchtungscontroller und LED-Beleuchtung wesentlich.

Bild 1 | Die evotronLight-Technologie ermöglicht 1µs Blitzzeit bei max. 500kHz Blitzfrequenz mit 20ns Jitter. (Bild: Evotron GmbH & Co. KG)

Technologisch hat in der Bildsensortechnik in den letzten Jahren ein Wandel stattgefunden: Die Bildqualität und Shuttertechnologie klassischer CCD-Technik wurde mit dem Dynamikbereich und der Geschwindigkeit der CMOS-Technik kombiniert. Die neuen hochdynamischen und hervorragend abbildenden CMOS-Sensoren haben die Analogtechnik aus der Kameratechnik verdrängt. Auch die klassische 8bit Helligkeitsauflösung weicht größeren Dynamikumfängen von 10 bis 16bit. Die Ansteuerung von LED-Beleuchtungen verharrt aber vielfach noch auf dem überholten Stand der Analogtechnik mit den bekannten Nachteilen:

• • eingeschränkte Einstell- und Regelungsmöglichkeiten
• • schwankende Helligkeiten und unpräzises Zeitverhalten
• • Temperaturabhängigkeit
• • Inkompatibel zur digitalen Bildverarbeitung

Dadurch können die Entwicklungen bei Kameras und Objektiven oft nicht ausgenutzt werden. Anspruchsvolle Aufgabenstellungen, wie Oberflächenkontrolle, Messtechnik oder Deep Learning bleiben deshalb hinter dem technisch Möglichen zurück. Die hinzugewonnene Helligkeitsauflösung bleibt ungenutzt und unterschiedliche Bildhelligkeit bzw. Bewegungsunschärfe machen zudem die Auswertung unzuverlässig. Parallel dazu fordert der Anwender zunehmend eine 100%-Kontrolle bei schneller Bewegung sowie Rückverfolgbarkeit. Das verlangt hochdynamische Kameras, sowie helle, konstante und zuverlässige LED-Beleuchtungen, die mit hoher Frequenz extrem kurze Lichtpulse reproduzierbar liefern und gleichzeitig Daten für die Rückverfolgbarkeit zur Verfügung stellen.

Bild 2 | Eine strukturierte Verdrahtung bei digitalen Beleuchtungssystemen ermöglicht kompakte Vision-Lösungen. (Bild: Evotron GmbH & Co. KG)

Beleuchtung digitalisieren

Um Fehlereinflüsse zu eliminieren, ist es nur konsequent, beim vordersten Glied der Signalkette der Bildverarbeitung anzusetzen, denn diese kann nur so stark sein, wie ihr schwächstes Glied. Konstantes und hochwertiges Licht bedeutet ein präziser Zeitpunkt und Dauer der Lichtemission, eine genaue und wiederholbare Dosierung der Lichtmenge sowie Wärmestabilität der LED-Beleuchtung. Intelligente digitale Regelungen sind der Lösungsansatz bei der neuen evotronLight-Technologie. Der Licht-Sensor-Prozessor (LSP) führt die in der Beleuchtung erfassten Parameter (LED-Spannung, -Strom, -Helligkeit, -Sperrschichttemperatur) zusammen und kommuniziert sie zum LED-Controller. Dort werden dann autonom die LED-Parameter (U, I, Helligkeit) auf die Sollwerte geregelt, ohne Rechenleistung der Kamera oder des Visionsystems zu beanspruchen. Die wiederholbare Präzision der LED-Helligkeit erreicht der Controller durch eine Autokalibrierungsfunktion. Für den Anwender entfällt damit der Aufwand, die Stabilität der Beleuchtung zu gewährleisten. Analoge Ansteuerungen können hier prinzipbedingt nicht mithalten.

Vernetzter LED-Controller

Für eine schnelle und sichere Arbeitsweise verschmelzen Controller und LED-Beleuchtung zu einer intelligenten digitalen Einheit mit einem klar strukturierten Aufbau. So sind drei typische Anschlussszenarien für die Beleuchtungen in Dauer- und Blitzbetrieb realisierbar: (a) eine autonome Triggerung der Beleuchtung durch die Kamera oder eine externe Triggerung durch (b) einen Sensor oder (c) eine Steuerung (SPS). Bei Blitzbetrieb in schnellen Prozessen gelten die Synchronisationsprinzipien, wie am Ende dieser Ausgabe (S. 96) beschrieben. Der dabei auftretende Jitter von 20ns verkürzt den Aufwand der Inbetriebnahme. Zudem werden LED-Beleuchtung, Beleuchtungscontroller, Kamera und Spannungsversorgung werden über ein M8-Standardkabel miteinander verbunden. Dabei werden Beleuchtungsstrom, Messwerte, Steuerungs- und Statussignale (z.B. Fehlermeldung der Beleuchtung) über die gleichen Kabel übertragen. Zudem können über PoE Leistungen >50W eingespeist werden, d.h. viele Anordnungen benötigen nicht einmal ein gesondertes Spannungsversorgungskabel für die Beleuchtung. EvotronLight-Beleuchtungen arbeiten mit Wirkungsgraden >95% dank durchgehend digitaler Leistungselektronik.