Intelligente Beleuchtungssysteme

Garantierte, dauerhaft konstante Lichtintensität

Das Konzept der intelligenten Beleuchtung ist erst vor Kurzem durch die Umsetzung von Industriestandards im Bereich der Vernetzbarkeit sowie durch die Zusammenarbeit führender Hersteller von LED-Beleuchtungssystemen, LED- Steuerungen und Bildverarbeitungssoftware realisiert worden. Diese Entwicklung ist wichtig, weil die Beleuchtung eine fundamentale Grundlage für die Optimierung von Prüfergebnissen ist. Die Qualität von gleichmäßiger Ausleuchtung, Intensität und Auflösung hat daher weitreichende Folgen für Applikationen, wie im Folgenden erläutert wird.
Ein intelligentes Beleuchtungssystem garantiert eine dauerhaft konstante Beleuchtungsstärke, indem es die Beleuchtung automatisch anhand der Bildqualität anpasst. Dies ist besonders wichtig in Situationen, in denen die Lichtverhältnisse im Laufe des Prüfprozesses schlechter werden, oder bei Änderungen des Umgebungslichts bzw. der Oberflächenbeschaffenheit des Prüfobjekts. Derzeit gibt es die Möglichkeit, Kamera-Gain, Belichtung und Blende anzupassen, um eine inkonsistente Beleuchtung innerhalb einer Anwendung auszugleichen. Allerdings gibt es Situationen, in denen die Modifikation der Lichtintensität Vorteile gegenüber Änderungen der Kameraeinstellungen oder des Objektives hat. Wenn bei Anwendungen mit weniger Licht der Gain verstärkt wird, so verstärkt sich auch das Rauschen im Bild; längere Belichtungszeiten können bei bewegten Objekten Unschärfe nach sich ziehen; das Öffnen der Blende hat dann die Reduzierung der Schärfentiefe zur Folge, so dass bei einem nicht flachen Prüfobjekt Teile des Bildes eventuell nicht mehr im Fokus sind. In Situationen wie diesen kann es also von Vorteil sein, das Beleuchtungsniveau anzupassen, um veränderte Lichtverhältnisse in einer Applikation automatisch auszugleichen, wie z.B. mit der intelligenten Beleuchtungsplattform Triniti. Dies gelingt dank der nahtlosen Verbindung zwischen Bildverarbeitungssoftware, Kameras und Beleuchtungssystemen/-Controllern, so dass sowohl das aktuelle Beleuchtungsniveau innerhalb des Systems als auch das maximale Beleuchtungspotenzial zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden kann und sich Anpassungen je nach Anforderung durchführen lassen. Bild 1 zeigt die einzelnen Systemeigenschaften:

• • Die Kamera bestimmt die optimale Beleuchtungsintensität für die Applikation
• • Die Bildverarbeitungsapplikation überwacht ständig die zulässigen Bandbreiten der eingesetzten Beleuchtungssysteme
• • Die Beleuchtungssteuerung passt die Beleuchtungsintensität bei Bedarf in Echtzeit automatisch an

In dem gezeigten Beispiel sind eine GigE-Vision-Kamera und eine Triniti-gesteuerte Beleuchtung zu sehen. Zusätzlich zu ihrer eigentlichen Funktion misst die Kamera in einem definierten Bereich die Beleuchtungsintensität mittels eines Testbildes. Die Werte werden kontinuierlich an die Bildverarbeitungsapplikation übermittelt, wo sie mit den vorher festgelegten Werten verglichen werden. Werden diese nicht erreicht, erfolgt ein Signal an die Beleuchtungssteuerung, um die Intensität heraufzusetzen, bis das Beleuchtungsniveau wieder Werte im zulässigen Bereich liefert. Dank des Triniti-Systems kann die Lichtintensität so auf eine sichere Weise angehoben werden, da die Steuerung die maximale Lichtintensität des entsprechenden Beleuchtungssystems kennt. So lässt sich der vorher beschriebene Zyklus für die Applikation kontinuierlich fortsetzen, bis die maximale Lichtintensität erreicht wird. Zudem kann die Beleuchtungssteuerung so konfiguriert werden, dass sie ein Warnsignal zur präventiven Wartung´ sendet, bevor das Ende der Lebensdauer erreicht wird. Dies ermöglicht es, die Beleuchtung rechtzeitig zu ersetzen, was die Betriebszeit des Herstellungsprozesses heraufsetzt und unnötigen Ausschuss aufgrund von schlechten Prüfbildern verhindert.

Mehrfachaufnahmen mit verschiedenen Einstellungen

Intelligenz in der Beleuchtung erleichtert die Konzeption und den Aufbau von Bildverarbeitungssystemen mit dem, was man als komplexe Beleuchtungskonfiguration versteht – z.B. Systeme mit mehreren Beleuchtungseinheiten und Kameras, in denen Mehrfachaufnahmen von ein- und demselben Objekt erforderlich sind. In diesen Fällen ist dies von Vorteil, weil alle Beleuchtungen innerhalb des Netzwerkes sichtbar sind, die Bildverarbeitungssoftware mit Kameras und Beleuchtungen gleichzeitig arbeiten kann und die einzelnen Beleuchtungseinheiten einfach zu identifizieren sind, um Verwechslungen zu vermeiden. Es gibt aber Applikationen, bei denen mehrere Bilder von einem einzigen Produkt aufgenommen werden müssen, um verschiedene Prüfaufgaben durchzuführen: Ein Ringlicht wird z.B. zu Beginn des Inspektionsprozesses mit maximaler Helligkeit betrieben, um damit die exakten Abmessungen eines Prüfobjektes zu ermitteln. Danach werden mit demselben Ringlicht, das nun mit etwas weniger Lichtintensität eingesetzt wird, eventuelle Defekte an der Oberfläche aufgedeckt. Für eine weitere Prüfaufgabe, wie z.B. die Kontrolle der korrekten Position von Bohrlöchern, wird das Ringlicht dann komplett ausgeschaltet und eine zusätzliche Hintergrundbeleuchtung kommt dafür zum Einsatz. Im nächsten Beispiel besteht die Aufgabe des Systems darin, viele verschiedene Variablen an verschiedenen Produkten in einem Prüfprozess zu messen. Zusätzlich müssen verschiedenartige Produkttypen, die den Prüfprozess durchlaufen, identifiziert werden. Es sind daher während eines Prüfprozesses diverse Beleuchtungseinstellungen nötig, die je nach identifizierten Produkttyp, angewendet werden müssen. In diesem Beispiel ist die Funktionsweise der Beleuchtungssteuerung auf ‚Multi-Pulsing‘ eingestellt. Die sogenannte S15-Funktion ist ideal für erfahrene Anwender und als Standardfunktion in allen Triniti-Modellen der LED-Steuerungen von Gardasoft verfügbar. Aber auch weniger fachkundigen Anwendern erleichtert die intelligente Beleuchtungsplattform die Implementierung, da sich die einzelnen Beleuchtungseinheiten leicht identifizieren, problemlos mit Kameras integrieren und mit der Standard-Bildverarbeitungssoftware schnell in Betrieb nehmen lassen. Die Controller geben eine Reihe von Impulsen mit unterschiedlichen Intensitäten auf verschiedenen Kanälen jedes Triggers aus. Nach Beenden einer Sequenz beginnt sie wieder von vorne und wiederholt sich kontinuierlich. Die Länge der Sequenz, die verschiedenen Intensitäten und die Impulsbreite sind auf jedem Kanal konfigurierbar. Ein Trigger-Eingang wird für das Auslösen der Lichtimpulse genutzt, ein anderer kann dafür eingesetzt werden, um die Sequenz zurückzusetzen, damit sichergestellt wird, dass das System in einem synchronisierten Zustand beginnt. Das Zurücksetzen der Sequenz kann auch durch einen Ethernet-Befehl erfolgen. In unserem Beispiel werden die Beleuchtungen in einer bestimmten Reihenfolge ausgelöst und gesteuert, um vier Aufnahmen der Leiterplatte zu machen. Dabei wird die Beleuchtungssteuerung für jede Aufnahme ein einziges Mal getriggert. Jedes Trigger-Signal löst eine andere Kombination der installierten Beleuchtungseinheiten aus, um die entsprechende Beleuchtungssituation für die jeweilige Aufnahme zu schaffen. Wenn die nächste Leiterplatte den Prüfpunkt erreicht, wiederholt sich die Sequenz.