Controller an Bord

Dipl.-Ing. Claudius Piske Vision & Control GmbH, Suhl

Maschinenbauer, Automatisierungstechniker und Systemintegratoren erwarten bei der Integration der Baugruppe „Beleuchtung“ in das komplette Vision System möglichst wenig Aufwand. Sind die Schwierigkeiten bei der Findung einer Kontrast schaffenden Beleuchtung gemeistert, erwartet der Nutzer einer Machine Vision – Beleuchtung Folgendes:

Vision & Control verfolgt diese Philosophie seit Jahren und gibt Anwendern jetzt mit einer Reihe innovativer Beleuchtungskomponenten der Marke vicolux leistungsfähige und industrietaugliche Machine Vision – Beleuchtungen an die Hand.

Mit den extrem kurzen Schaltzeiten von > 1 Mikrosekunde eignen sie sich in Verbindung mit einer sehr hohen Lichtausbeute und einem hocheffektivem Temperaturmanagement für schnelle Prozesse mit sehr kurzen Belichtungszeiten. Benötigt werden außer einer Betriebsspannung von 10 … 36 Volt und Ansteuerimpulsen keine zusätzlichen Komponenten.

Eine steigende Miniaturisierung macht platzkritische Lösungen mit der Ringlichtserie RK1220 möglich. Diese Bauform ermöglicht extrem hohe Beleuchtungsstärken bei gleichzeitiger IP67 Ausführung incl. integrierter Ansteuerelektronik. Die zugehörigen und variabel austauschbaren Austauschoptiken (Klarglas, Diffusor, Fresnellinse) geben weitere Gestaltungsmöglichkeiten bei der Lichtführung und die optimale Anpassung an das Prüfobjekt.

Für die Lösung des lange Zeit bekannten und nicht gelösten Problems großer Beleuchtungsabstände können neu entwickelte Beleuchtungen der SPOT50-Serie eingesetzt werden. Sie sind z.B. prädestiniert für Roboteranwendung, bei denen der Arbeitsraum die Unterbringung der Beleuchtung nur in der Ferne ermöglicht. Dafür sind Spotbeleuchtungen mit Arbeitsabständen von bis zu zwei Metern entwickelt worden. Der scharf begrenzte Spot ist im Bereich von 50 bis 200 mm Durchmesser fokussierbar und ermöglicht eine hochgradig homogene Beleuchtung mit bis zu 32.000 Lux. In den Wellenlängen von Ultraviolett bis IR und weiß ist neben der „controlled“-Ausführung auch die „Powerflash“-Variante mit bis zu 300.000 lx erhältlich.

In der Druckindustrie und in Webscannern werden neue Serien von Linienbeleuchtungen der LAL- und LDL-Serie verwendet. Extrem hell und robust, ausgestattet mit einer Breite von 30 mm und in 6 Standardlängen zwischen 120 und 600 mm verfügbar, eignen sich diese Beleuchtungskomponenten sowohl für Auflicht- als auch Durchlichtanwendungen.

Fokussierte Zeilenbeleuchtungen der ZAL-Serie, ausgeführt in Schutzgrad IP65, werden u.a. in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Großer Vorteil gegenüber ähnlichen Beleuchtungen mit Laserlichtquellen ist die „speckle“-freie Beleuchtung und damit homogene Beleuchtung, die von Power-LEDs erzeugt wird. Diese Lichtquellen projizieren mittels Zylinderoptik inkohärentes Licht mit bis zu 60.000 lx auf das Prüfobjekt in den Wellenlängen 470 nm (blau) bis 950 nm (IR) und weiß. Die minimale Linienbreite von 1,1 bis 2,4 mm kann für Arbeitsabstände von 60 bis 200 mm justiert werden. Standardausführungen werden in den Längen 600, 800, 1000, 1250 und 1500 mm angeboten. Für die Anwendung an hochgradig reflektierenden Oberflächen sorgt die Variante „SPO“ durch ihr speziell entwickeltes und gleichmäßiges Licht für eine überragende Kantenschärfe.

Technologisch hochwertige Machine Vision – Beleuchtungen sind heutzutage ein System komplexer Beleuchtungs- und Schaltungstechnik mit ausgeklügeltem mechanischem und thermischem Design. Das bedingt, dass die Ansteuerung „an Bord“ ist.

Auf dem Markt für Beleuchtungskomponenten sind eine Vielzahl von Blitz- oder Strobe-Controllern zu finden, um beliebige Beleuchtungen mit kurzzeitig hohen Strömen zu betreiben. Konventionelle Blitz-Controller verursachen Probleme, die der Anwender nicht abschätzen kann. Er kann die LED-Beleuchtung zwar mit höheren Strömen betreiben, weiß aber nicht, wie weit er das „Spiel“ treiben kann. Unter welchen Bedingungen wird wie viel mehr Licht generiert? Welche Lebensdauer des Gesamtsystems Beleuchtung lässt sich dabei erwarten? Diese Fragen bleiben weitgehend offen, denn der Blitzcontroller stellt lediglich Strom und Spannung zur Verfügung, unabhängig von der angeschlossenen Beleuchtung. Das Tastverhältnis (Puls-Pause) bei Überstrom ist vom LED-Hersteller fest definiert und sollte keinesfalls überschritten werden. Auch wenn die Beleuchtung unter Umständen „kalt“ bleibt, kann sie schnell altern, da im Halbleitermaterial sich Störstellen durch zu kräftige Stromimpulse ausweiten. Sie führen zur schnellen Degradation der LED und einem nicht vorhersehbaren Ausfall der BV-Anlage. Zusätzlich nimmt die Effizienz der LED bei höheren Strömen stark ab, so dass am Ende die eingebrachte Energie fast vollständig in Wärme umgesetzt wird.

Vision & Control setzt seit jeher bei Blitzbeleuchtungen auf optimierte Kompaktlösungen bei denen der Controller in die Beleuchtungen integriert ist und damit die Parameter gezielt auf die LED-Beleuchtung angepasst und begrenzt sind. Im Ergebnis sind sehr kompakte Blitz-Beleuchtungen mit herausragenden Eigenschaften möglich. Die integrierte Elektronik (Arbeitsbereich 18–36 VDC) erspart dem Anwender separate und kostenintensive Blitzcontroller. Verdrahtungsaufwand, PC-Konfiguration oder EMV-Probleme können so gar nicht erst auftreten.

Mit dem Controller „an Bord“ lassen sich eine Vielzahl von vicolux-Beleuchtungen hinsichtlich der Blitzzeit (1–100 µs) und der Helligkeit manuell einstellen. TTL-Triggereingang und 0 … 10 V-Helligkeitssteuereingang sind optoisoliert und bis zu Spannungen von 40 Volt geschützt. Je nach Beleuchtungsgröße und LED-Typ werden mit geregelten Stromimpulsen von bis zu 200 A, 10 bis 50-fache Lichtstärken gegenüber einer statisch betriebenen Beleuchtung erreicht.

Standard für die vicolux-Beleuchtungen ist die Steuerungsvariante „controlled“. Dieser Steuerungstyp bietet vom statischen Betrieb bis zur kompletten Steuerung durch die SPS für wechselnde Beleuchtungsverhältnisse alle Möglichkeiten. Der optoisolierte Schalteingang sorgt für das schnelle Schalten der hellen LED-Beleuchtung ab 1µs aufwärts. Eine Helligkeitseinstellung kann sowohl am optoisolierten 0–10 VDC-Steuereingang als auch vor Ort am Potenziometer vorgenommen werden. Wie in den power-flash-Beleuchtungen sind auch hier die Steuerungen komplett im Beleuchtungsgehäuse integrierte und eignen sich durch ihre Kompaktheit insbesondere für immer stärker verbreitete „desktop factories“, in denen Anlagen für bestimmte Prozessschritte auf ein minimales Bauvolumen reduziert werden.

Flexibilität bei der Wahl der Komponenten stellt eine besondere Herausforderung an unser Komponentensystem. Mit einer Vielzahl von austauschbaren Strahlformoptiken wie Diffusoren, Fresnellinsen für verschiedene Arbeitsabstände und Polfiltern lassen sich optimale Objektausleuchtungen schnell herausfinden und eignen sich besonders für die preiswerte Laborausstattung. Eine einfache und schnelle Abschätzung der erzielbaren Helligkeit und deren Verteilung ermöglichen aber auch die sehr detaillierten Diagramme der Helligkeitsverteilung für verschiedene Arbeitsabstände und Strahlformoptiken erfolgt per Internet oder auf den Katalogseiten, ebenso wie die in Frage kommenden Kombinationsmöglichkeiten von Beleuchtungen mit Objektiven und Kameras, incl. notwendiger Adapter.

Zur Gewährleistung der Lebensdauer und Helligkeit bei stets homogener Ausleuchtung gibt es nur eine Antwort: die gezielte thermische und elektrische Handhabung der LED, die nach optimierten Wärmesenken an den Lichtquellen und schnellste Wärmeverteilung an das gesamte Gehäuse verlangt. Bekannte Technologien mit Aluminium-Leiterplatten oder Keramik-Metall-Kombinationen bieten hier immer bessere Möglichkeiten. Frei schwebende LED-Platinen oder in Kunststoff vergossene LED-Felder sollten auf dem Bildverarbeitungsmarkt längst der Vergangenheit angehören. Für Beleuchtungen, die im Dauerbetrieb arbeiten, liegt hier das entscheidende Konstruktionskriterium. Je besser die Konstruktion in thermischer Sicht erfolgt, umso höhere Lebensdauern, Umgebungstemperaturen und Helligkeiten sind umsetzbar. Eine Alterung der LEDs lässt sich nie vermeiden, dafür aber extrem bremsen. Geringe Temperaturdynamik und elektrische „Gleichstellung“ aller LEDs einer Beleuchtung sichern eine sehr gleichmäßige und langsame Alterung der LEDs und damit allzeit homogene Lichtverhältnisse.

Die Entwicklung professioneller und industrietauglicher Beleuchtungen mit LEDs stellt sich dar als eine kompakte Kombination aus robustem und thermisch optimiertem Design mit universellen mechanischen Befestigungsmöglichkeiten, integrierter Lichtquellen und Elektronik inklusive Weitbereichseingang, optoisolierten Steuereingängen sowie Strahlführungselementen.

Vision & Control, Suhl

QE 518