Wichtige Voraussetzung für detailgetreue, hochauflösende Bilder ist neben der Qualität von Kamera und Optik eine optimale Beleuchtung. Moderne Bildverarbeitungssysteme nutzen heutzutage meist Licht aus LED-Quellen. Welche geometrische Form der Beleuchtung, welche Lichtfarbe und welche Lichtstärke die optimalen Bedingungen für die Aufnahme der bestmöglichen Bilder ermöglichen, hängt von der jeweiligen Aufgabenstellung ab. Wenn sich die zu prüfenden Objekte zum Beispiel auf einem Transportband oder einer sonstigen Fördereinrichtung unter einem Bildverarbeitungssystem hindurch bewegen, benötigt man sehr viel Licht, um kurze Aufnahmezeiten der Kamera und damit unverzerrte Bilder der Prüfobjekte zu realisieren. Viel Licht bedeutet jedoch zwangsläufig auch viel Abwärme, und die ist für jede LED auf Dauer tödlich.
Der Ausweg aus dieser Problematik besteht darin, Beleuchtungen nicht dauerhaft zu betreiben, sondern nur dann einzuschalten, wenn die Kamera gerade belichtet. Der wesentliche Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass Wärme nur während der tatsächlichen Leuchtdauer produziert wird. Die LED kann in den Zwischenphasen abkühlen und wird somit geschont. Zudem lassen sich geblitzte LED-Beleuchtungen mit Strömen betreiben, die um bis zu 100 % über ihrer Dauerstrom-Spezifikation liegen. Durch dieses so genannte Überblitzen lässt sich eine entsprechend höhere Lichtausbeute während der Leuchtphase erzielen.
Controller sorgt für stabile Stromstärke
Zur Ansteuerung von LED-Beleuchtungen wird in vielen Bildverarbeitungssystemen ein externer Blitz-Controller verwendet. Seine Aufgabe ist es, die Ein- und Ausschaltvorgänge exakt zu kontrollieren und dabei unter anderem sicherzustellen, dass die Stromstärke über die gesamte Dauer des Blitzes hinweg stabil ist und die eingestellte Leuchtdauer möglichst präzise eingehalten wird.
Der Einsatz solcher Beleuchtungssteuerungen ist heutzutage Standard. Dass diese Geräte jedoch separat zur Kamera betrieben werden, bringt einige Nachteile mit sich. Abgesehen von den zusätzlichen Anschaffungskosten müssen Kamera und Blitz-Controller verkabelt werden und erfordern einen nicht zu vernachlässigenden Mehraufwand bei der Software-Einbindung in die Applikation über zwei unterschiedliche Interfaces. Das aufwendigere Gesamtsystem muss zudem über die Lebenszeit der Applikation gewartet werden.
Ein alternativer, kostengünstigerer Weg besteht darin, die Blitzsteuerung in die Kamera zu integrieren. SVS-Vistek hat aus diesen Gründen bereits vor über zehn Jahren die Entwicklung von Kameras mit integrierter Blitzsteuerung angestoßen. Bis zu vier getrennt steuerbare Kanäle stehen in den aktuellen Kameramodellen mit der so genannten 4IO-Funktion des Unternehmens zur Verfügung. Jeder dieser kurzschlussfesten Power-Ausgänge liefert im Blitzbetrieb kurzzeitig bis zu 3 A Strom, was für 95 % aller Anwendungen ausreicht.
Die Steuerung der I/Os erfolgt über die GenICam-Schnittstelle der Kamera. Auf diese Weise entfallen die Integration und Synchronisation eines weiteren Software-Interfaces, was dem Anwender Zeit spart und den Weg zur Applikation vereinfacht. Durch den Wegfall der Verkabelung zwischen Kamera und Blitz-Controller und vor allem des gesamten (und in der Regel teuren) externen Blitz-Controllers reduzieren sich darüber hinaus die Anschaffungskosten der Bildverarbeitungs-Hardware. Anwendungen werden auf diese Weise sowohl physisch als auch in der Software schlanker, was neben den Hardware-Einsparungen auch die Entwicklungskosten der Software verringert. Die Präzision hingegen nimmt zu: Die Blitzsteuerung ist auf 15 ns genau einstellbar.
Wärmeentwicklung wird verhindert
Wärmeentwicklungen in der Kamera führen zu einem verstärkten Rauschen und somit zu einer schlechteren Bildqualität. Um diesen Effekt zu umgehen, verwendet SVS-Vistek bei seinen Kameras mit integriertem Blitz-Controller leistungsfähige Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (Mosfet) für den Power-Out, die nur schalten können. Der Strom und damit die Helligkeit der LED-Beleuchtung lässt sich mit der integrierten Pulse Width Modulation (PWM) regulieren. Dabei ist die Taktfrequenz in weiten Bereichen einstellbar, um flexibel auf die jeweiligen Anforderungen reagieren zu können. Die Ausgangsspannung entspricht immer der Versorgungsspannung der Kamera.
Das 4IO-Interface der Kameras von SVS-Vistek kann neben der Ansteuerung von LED-Beleuchtungen noch weitere Aufgaben übernehmen. So beinhaltet es unter anderem mehrere entprellbare physikalische Eingänge, logische Funktionen zur Verarbeitung von Eingangssignalen und einen äußerst flexiblen Sequenzer, über den die exakte Ansteuerung mehrerer Beleuchtungseinheiten vorgenommen werden kann. Alle Ein- und Ausgänge arbeiten mit Pegeln bis zu 24 V und sind dadurch sehr gut für die direkte Kommunikation mit einer SPS geeignet.
Wenig bekannt, aber von einigen Industriekunden genutzt ist auch die Möglichkeit, das sehr flexibel programmierbare PWM-Modul für Steuerungsaufgaben mittels PWM-Signal zu verwenden. So lassen sich mit PWM und Sequenzer relativ frei auf bis zu vier Leitungen unabhängige Ausgangssignale programmieren, die als direkter Eingang zum Beispiel für Servomotoren oder die SPS dienen können.
Die 4IO-Funktionalität stellt SVS-Vistek Anwendern in all seinen Kamerafamilien durchgängig zur Verfügung. Die besonders für den Factory Floor geeigneten EXO- und die neuen FXO-Kameras sind in zahlreichen Varianten mit unterschiedlichen CMOS- und CCD-Sensoren von Sony, ON Semiconductor und CMOSIS verfügbar und decken Auflösungen von 2,3 bis 31 Megapixel ab. Trotz des integrierten Blitz-Controllers ermöglichen die meisten dieser Kameras überdurchschnittliche Betriebstemperaturen von (modellabhängig) bis zu 70 °C. Möglich wird dies durch eine sehr enge thermische Anbindung der Low-Power-optimierten Elektronik und des Sensors an das gefräste Unibody-Gehäuse.
Natürlich ist es auch weiterhin möglich, die PowerOut-Ausgänge einer Kamera mit einem externen Controller zur Ansteuerung von LED-Beleuchtungen zu verbinden. Die integrierte Lösung ist technisch jedoch unstrittig einfacher und ökonomischer, so dass der Einsatz von externen Blitz-Controllern in absehbarer Zeit wohl zur Ausnahme werden wird. ■
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