Der Nutzen, den Bildverarbeitungssysteme aus einer Beleuchtung mit integrierter Intelligenz, echter Vernetzbarkeit und vollständiger In­tegration ziehen würden, ist groß – einfacheres Timing, erleichterte Ansteuerung von Kamera und Beleuchtung, erhöhte Geschwindigkeit und Genauigkeit der Systemimplementierung sowie verbesserte Ausführungspräzision zählen dazu. Die Firma Gardasoft und verschiedene Partner aus dem Bildverarbeitungs- und Beleuchtungssektor haben mit der Steuerungstechnik für LED-Beleuchtungen 'Triniti' nun eine Plug&Play-Lösung entwickelt, die die bislang fehlende Vernetzung der Beleuchtungskomponenten beendet.

Triniti integriert die Beleuchtung, vernetzt sie und ermöglicht eine ­erweiterte Ansteuerung. Dabei umfasst die Entwicklung sowohl die Beleuchtungskomponenten selbst als auch die Applikationssoftware zur Einrichtung von Anwendungen. Dieser Ansatz für die Beleuchtungssteuerung bietet weniger erfahrenen Anwendern die Möglichkeit, Beleuchtungstechniken der Bildverarbeitung zu nutzen, um Bildverarbeitungssysteme zu erstellen, zu konfigurieren und zu kommissionieren.

Die API-Schnittstelle von Triniti für Kameras und ­Beleuchtungen.

© Stemmer Imaging

Ein wesentlicher Aspekt der Lösung ist, das Risiko von Beschädigungen der Beleuchtungskomponenten zu ver­meiden. Hierfür stehen komplexe ­Steuerungstechniken innerhalb der Bildverarbeitungssoftware zur Verfügung, die sich leicht implementieren lassen. In Softwarebibliotheken für die Bildverarbeitung zum Beispiel von Stemmer Imaging, Cognex sowie ­National Instruments ist der Ansatz bereits integriert. Anwender der Bild­verarbeitungssoftware 'Common Vision Blox' (CVB) von Stemmer Imaging erhalten beispielsweise eine spe­zielle Anwendung mit einer grafischen Oberfläche zum Einrichten von Kamera und Beleuchtung, zur Visualisierung des Trigger-Timings und des aufgenommenen Bildes sowie zum Speichern der ­Einstellungen in der Kamera und der Steuerung. Eine CVB-Schnittstelle zur Bildverarbeitungs-Softwareplattform 'Sherlock' von Teledyne Dalsa ist Basis der grafischen Bedienoberfläche, womit die Integration der Beleuchtungssteuerung bis auf die Ebene der Anwendungssoftware realisiert ist.

Erfahrenen Benutzern steht eine API-Schnittstellenoption der Triniti-Software für Benutzersoftware-Anwendungen zur Ver­fügung, die in C++, C# und anderen Sprachen der Windows-­Umgebung entwickelt wurden. Hierbei handelt es sich um eine .Net-Komponente, die einen programmatischen Zugang zur ­Beleuchtung erlaubt.

Das System im Detail

Triniti hat drei Hauptbestandteile: Zusätzlich zur API- und GigE-Vision-Software zur Beleuchtungssteuerung kommunizieren die Beleuchtung und der Controller über die patentierte LED-Beleuchtungssteuerungstechnik von Gardasoft und den so genannten 'Triniti-Chip'. Dieses Element resultiert aus einer gemeinsamen Entwicklung von Herstellern von LED-Beleuchtungen für die Bildverarbeitung – unter anderem den Firmen CCS und Smart Vision Lights. Der Triniti-Chip ist in die Beleuchtungen der an der Entwicklung beteiligten Hersteller integriert und enthält die Spezifikationen der jeweiligen Beleuchtung, speichert dynamische Nutzungsdaten und kann Messungen von Sensoren innerhalb der Beleuchtungen zurückmelden.

Überblitzen optimiert

Auf der Ebene der Beleuchtungssteuerung umfasst Triniti Tools, die auch weniger erfahrenen Anwendern eine leichtere Implementierung komplexer Beleuchtungssteuerungstechniken ermöglichen. Hierzu zählen Funktionen wie die Triggerung und das verbesserte Überblitzen der LEDs, die Möglichkeit, Mehrfachbeleuchtungssysteme oder aufeinander folgende Beleuchtungssysteme zu realisieren, sowie die dynamische Beleuchtungskonfiguration und eine kalibrierte Abgabe von Licht.

In vielen Bildverarbeitungsanwendungen reicht die Helligkeit der eingesetzten Beleuchtung im Dauerbetrieb nicht aus, um ­ausreichend gute Bilder für die nachfolgende Auswertung zu ­erhalten. Anstatt nur mit der maxi­malen Dauerleistung zu ­ar­beiten, für die die verwendete LED-Beleuchtung ausgelegt ist, werden Beleuchtungen daher häufig überblitzt und kurzzeitig mit einer über das empfohlene Dauerbetriebsmaximum ­hinausgehenden Leistung betrieben. Dabei brauchen die LEDs zwischen den einzelnen Pulsen ge­nügend Zeit zum Abkühlen, da ansonsten zu viel Wärme an den Halb­leiterelementen der LED entsteht und die Dioden irreversibel beschädigt werden.

Die Triniti-Netzwerk-­Architektur bindet die Beleuchtung und den zugehörigen Controller in das Netzwerk mit ein.

© Stemmer Imaging

Die Grenzwerte für einen solchen Überblitzbetrieb basieren auf allgemeinen Parametern, die für eine Vielzahl von LED-Typen gelten. Sie sind somit für bestimmte Beleuchtungen niedriger als eigentlich möglich. So basieren einige dieser Grenzwerte auf der maximalen Betriebstemperatur von Beleuchtungen; die meisten Beleuchtungen arbeiten jedoch unterhalb dieser Maximaltemperatur. Die Idee hinter Triniti: Durch eine Messung der tatsächlichen Beleuchtungstemperatur kann eine Belastung zugelassen werden, die über den üblichen Grenzwerten liegt. Sind die spezifischen Daten der eingesetzten Beleuchtung bekannt, lassen sich diese bis zu ihrem jeweils sicheren Grenzwert belasten. Auf diese Weise ist die maximal mögliche Lichtleistung des eingesetzten Beleuchtungsmodells abrufbar, um eine optimale Ausleuchtung des Objekts zu erzielen und dabei gleichzeitig unterhalb der kritischen Grenzwerte zu bleiben. So wird das Risiko der Zerstörung der Beleuchtung reduziert und ihre Lebensdauer erhöht. Für den Anwender bedeutet das: Die Gefahr, dass ein Bildverarbeitungssystem ausfällt und deshalb fehlerhafte Produkte nicht erkannt und ausgeschleust werden, wird minimiert.

Darüber hinaus können Beleuchtungen mit Hilfe der Triniti-Technik eine kalibrierte Helligkeit abgeben, wodurch sich die Beleuchtungsintensität besser reproduzieren lässt. In der Anwendung lassen sich die Grenzwerte für die ­Fehlererkennung somit empfindlicher einstellen und es kann die gleiche oder sogar eine bessere Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit bei der Identifikation von Fehlermerkmalen erzielt werden.

Bei einigen Systemen müssen nacheinander mehrere Bilder der einzelnen Produkte aufgenommen werden. So kann beispielsweise für eine Maßprüfung ein sehr helles Licht erforderlich sein, während bei der darauf folgenden Aufnahme von Oberflächenschäden ein schwächeres Licht ausreicht. Ist wie bei Triniti die Zeitsteuerung des Systems auf Anwenderebene sichtbar und eine mit sämtlichen Funktionen ausgestattete Beleuchtungssteuerung vorhanden, vereinfacht sich die Einrichtung solcher Systeme.

Vorteile durch Plug&Play

Zusammengefasst bringt Triniti Vor­teile mit sich, die sich über den gesamten Zyklus eines Bildverarbeitungs­projekts erstrecken: von der einfachen und präzisen Anwendungsentwicklung über die höhere Geschwindigkeit und Flexibilität der Systemimplementierung bis zur Möglichkeit zuverlässiger Vorhersagen bezüglich der Systemwartung, zum ­Beispiel durch die Anzeige des Lebensdauerverlaufs. Zur Verdeutlichung nachfolgend ein Beispiel: OEMs, die hochwertige Produktionsanlagen liefern, wollen für ihre Endanwenderkunden üblicherweise nicht nur innovative Lösungen entwickeln, sondern ihr Angebot darüber hinaus durch erweiterte Dienstleistungen vergrößern. Durch die integrierten und vernetzten Funktionen von Triniti verfügen solche Anlagenbauer über einen Fernzugriff auf die ­Beleuchtungen in ihren Systemen, inklusive der verfügbaren Echtzeit-Betriebsdaten. Auf diese Weise können die OEMs ihren Kunden zusätzliche Funktionen wie zum Beispiel eine verbesserte Maschinenfunktionalität, Möglichkeiten der Fernwartung sowie eine vorausschauende Wartung anbieten. Der beiderseitige Nutzen liegt in erweiterten Einnahmequellen für die OEMs und geringeren Gesamtanschaffungskosten für die Endanwender.

Systemintegratoren profitieren von dieser Beleuchtungstechnik auch in Bezug auf die Geschwindigkeit, die Flexibilität und die Entwicklungs­kontinuität, da die Beleuchtung innerhalb ihrer Bildverarbeitungssysteme nun ebenso Teil der Entwicklungsumgebung ist wie alle anderen Elemente des Bildverarbeitungssystems. Die Einrichtung der Kamera und die Beleuchtungssynchronisation über die grafische Triniti-API beschleunigen die Systemimplementierung sowie die Kommissionierung vor Ort und die Systemvalidierung.

Autorin:
Sophie Perrot ist Produktmanagerin für Beleuchtungen bei Stemmer Imaging in Puchheim.