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Intelligente Lichtsteuerung

Licht und Kameraeinzug im Sub-µs-Bereich synchronisieren

Bei der Vision-Lösung von B&R sind SPS, Kamera, Blitzcontroller und Licht Bestandteil des gleichen Systems. Damit wird die Lichtansteuerung im Sub-µs-Bereich mit dem Automatisierungssystem synchronisiert.

Das Beleuchtungsportfolio von B&R ermöglicht bis zu vier Lichtfarben pro Leuchte. Speziell entwickelte Linsen sorgen für eine homogene Ausleuchtung. Durch die extrem kurze Blitzdauer können die LEDs mit bis zu 300 Prozent des Nennstroms betrieben werden. (Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbH)

Das Beleuchtungsportfolio von B&R ermöglicht bis zu vier Lichtfarben pro Leuchte. Speziell entwickelte Linsen sorgen für eine homogene Ausleuchtung. Durch die extrem kurze Blitzdauer können die LEDs mit bis zu 300 Prozent des Nennstroms betrieben werden. (Bild: B&R Industrie-Elektronik GmbH)

„Die Beleuchtung ist eine kritische Komponente von Vision-Systemen“, sagt Andreas Waldl, Vision-Experte bei B&R. Neben Faktoren wie Lichtintensität, Abstrahlrichtung und Wellenlänge spielt eine hochpräzise und intelligente Licht-Steuerung eine entscheidende Rolle. In der Realität erfolgt die Steuerung von Bildeinzug, Leuchte und Blitzcontroller jedoch über digitale E/As. Das liegt daran, dass kein Hersteller ein komplettes Portfolio aus Vision-Sensoren, Leuchten und Blitzcontrollern im Angebot hat. „Wir sprechen im Normalfall von vier unterschiedlichen Herstellern, welche die Hardwarekomponenten für eine Vision-Lösung liefern: die Kamera, den Blitzcontroller, die Beleuchtung und nicht zuletzt die Maschinensteuerung“, erklärt Waldl.

Exakte Synchronisierung

Eine exakte Synchronisierung dieser vier Elemente ist aber über digitale E/As nicht möglich. Es entstehen zeitliche Verzögerungen und Ungenauigkeiten bei der Informationsübertragung zwischen den unterschiedlichen Systemen. So ist es z.B. nicht möglich, dass Kamera und Blitz auf die Mikrosekunde genau zur gleichen Zeit blitzen und belichten. „Also bleibt dem Anwender nichts Anderes übrig, als die Blitzdauer zu verlängern. So kann er gewährleisten, dass während der Belichtungszeit geblitzt wird“, so Waldl. Der Nachteil: Die Lebensdauer der LEDs sinkt beträchtlich. Um das zu verhindern, kann der Applikationsprogrammierer die Blitzintensität reduzieren, wodurch er jedoch die Belichtungszeit verlängern muss. Bei High-Speed-Applikationen werden die Bilder dann schnell unscharf. Alternativ verstärkt der Programmierer das Sensorsignal. „Dadurch steigt aber das Bildrauschen und die Qualität des aufgenommenen Bildes sinkt“, erklärt Waldl. Bei der Vision-Lösung von B&R sind Maschinensteuerung, Kamera, Blitzcontroller und Licht Bestandteil des gleichen Systems. Damit wird die Lichtansteuerung im Sub-µs-Bereich mit dem Automatisierungssystem synchronisiert und der Lichtimpuls kann extrem kurz gehalten werden. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der LEDs und auch bei High-Speed-Applikationen werden Bilder gestochen scharf. Zudem ist die Ausleuchtung sehr homogen und jederzeit reproduzierbar. „Durch die extrem kurze Blitzdauer können wir die LEDs problemlos mit bis zu 300 Prozent des Nennstroms betreiben“, erläutert Waldl. Damit erreicht das B&R-System eine Lichtintensität, die mit herkömmlichem Dauerlicht nicht realisierbar ist. Das ermöglicht kurze Belichtungszeiten, senkt das Rauschen und eliminiert zugleich nahezu jeglichen Einfluss von Fremdlicht.

Maximale Homogenität

B&R versieht jede einzelne LED mit einer Linse, die eine gleichmäßige Abstrahlung des Lichtes garantiert. Die Leuchten werden bereits im Werk abgeglichen und benötigen somit bei einem Wechsel im Feld oder im Serienmaschinenbau keinen manuellen Abgleich. Die LED-typische Veränderung der Lichtintensität im Laufe der Lebensdauer und bei unterschiedlichen Temperaturen wird automatisch von den Leuchten kompensiert. Auch ein Produktwechsel im laufenden Betrieb ist mit der Vision-Lösung von B&R einfach: Sämtliche Parameter können in Rezepten gespeichert und jederzeit wieder abgerufen werden. Der Anwender kann alle Einstellungen per Software jederzeit ändern. Dazu gehören die Lichtfarbe genauso wie Blitzdauer/-länge, Belichtungszeit und Abstrahlwinkel der Balkenleuchten. Dadurch lässt sich sogar mit den gleichen Leuchten eine Hell- und eine Dunkelfeldbeleuchtung nur durch Anpassen der Parameter realisieren. „Klassische Programmierarbeit ist für die Einrichtung einer Vision-Lösung übrigens nicht mehr nötig“, ergänzt Waldl. Vorkonfigurierte Software-Bausteine für Vision-Applikationen ermöglichen die Erstellung einer Applikation per Drag&Drop. Der Datenaustausch mit anderen Maschinenfunktionen und -bestandteilen, wie Servoantrieben, User- und Rezeptmanagement sowie Alarmsystem erfolgt durch die Verknüpfung der entsprechenden Funktionen. Da die Vision-Komponenten integraler Bestandteil des Maschinennetzwerkes sind, stehen sämtliche Diagnoseinformationen in Echtzeit zur Verfügung. Der Aufwand für die Implementierung einer Vision-Applikation sinkt dadurch beträchtlich.

Umfangreiches Beleuchtungsportfolio
Das Beleuchtungsportfolio von B&R umfasst Backlights, Balkenleuchten und Ringleuchten. Zudem sind auch Kameras mit bis zu 64 integrierten LEDs erhältlich. Jede Leuchte verfügt über einen integrierten Blitzcontroller und lässt sich gleichzeitig mit bis zu vier unterschiedlichen LED-Farben ausstatten. Die Auswahl reicht von Weiß, über mehrere sichtbare Farben, bis hin zu IR und UV. Die Balkenleuchten verfügen über einen elektronisch verstellbaren Abstrahlwinkel und stehen auch als fertig konfigurierte vier-, sechs- und achtfache Ringleuchte zur Verfügung. Der Beleuchtungswinkel lässt sich von -40° bis +90° anpassen. Über ein Kabel und einen M12-Hybridanschluss werden Beleuchtung und Kamera in das Maschinennetzwerk eingebunden und gleichzeitig mit 24VDC versorgt. Ein zweiter Hybridanschluss ermöglicht Daisy-Chain-Verkabelungen mit weiteren Beleuchtungen oder Kameras.
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