Beleuchtungscontroller in der Bildverarbeitung: Schlüssel zur präzisen Inspektion

Beleuchtungscontroller in der industriellen Bildverarbeitung: Die intelligenten Regisseure der Inspektion

In der industriellen Bildverarbeitung stehen Kameras und Algorithmen oft im Rampenlicht. Doch hinter jedem gestochen scharfen und stabilen Bild verbirgt sich ein präzise gesteuertes Beleuchtungssystem. Eine Komponente, die dabei eine zentrale Rolle spielt und dennoch häufig unterschätzt wird, ist der Beleuchtungscontroller. Er bildet das Herzstück eines zuverlässigen und effektiven Beleuchtungskonzepts.

Ganz gleich, ob es sich um eine einfache Ein/Aus-Schaltung oder eine komplexe Hochgeschwindigkeitsinspektion mit Overstrobe-Steuerung handelt – der Erfolg eines Vision-Systems hängt maßgeblich davon ab, wie gut die Beleuchtung gesteuert wird. Besonders in Branchen wie der Halbleiterfertigung oder Verpackungsindustrie, in denen Geschwindigkeit, Kontrast und Oberflächendetails mit hoher Präzision erfasst werden müssen, ist die Wahl des richtigen Controllers ebenso entscheidend wie die der Kamera oder des Objektivs.

Die Rolle von Beleuchtungscontrollern im Vision-System

Ein Beleuchtungscontroller steuert, wie und wann eine Lichtquelle während des Inspektionsprozesses aktiviert wird. Er kontrolliert die Helligkeit, die Dauer eines Lichtpulses und – bei mehreren Lichtquellen – auch deren Reihenfolge. Diese Parameter bestimmen, wie ein Objekt genau in dem Moment ausgeleuchtet wird, in dem die Kamera das Bild aufnimmt. Der Controller arbeitet dabei eng mit Trigger-Signalen von Kameras oder Sensoren zusammen und sorgt für eine perfekte Synchronisation innerhalb des Systems.

In langsameren Anwendungen ist eine Dauerbeleuchtung oft ausreichend. Hier bleiben die LEDs dauerhaft eingeschaltet und liefern gleichmäßiges Licht. Doch mit zunehmender Produktionsgeschwindigkeit oder höheren Anforderungen an den Kontrast sind fortgeschrittene Steuerungsmethoden erforderlich.

Im Trigger-Modus wird die Beleuchtung durch ein externes Signal, z. B. von einem Lichttaster oder Encoder, ausgelöst. Das Licht wird nur dann eingeschaltet, wenn tatsächlich ein Bild aufgenommen wird. Dies spart Energie und reduziert unnötige Wärmeentwicklung.

Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen eignet sich der Overstrobe-Modus. In diesem Modus wird die Lichtquelle für sehr kurze Zeit mit einem deutlich höheren Strom angesteuert, oft im Mikrosekundenbereich. So entsteht ein extrem heller Lichtpuls, der es ermöglicht, sich schnell bewegende Objekte scharf und ohne Bewegungsunschärfe abzubilden. Dafür müssen sowohl Lichtquelle als auch Controller für diese Belastung ausgelegt sein.

Vierkanal-Controller für Shape from Shading

Neben der Helligkeit und dem Timing spielt auch die Richtung des Lichts eine entscheidende Rolle bei der Erkennung feiner Oberflächendetails. Eine Technik, die diesen Ansatz optimal nutzt, ist Shape from Shading. Dabei werden vier separate Lichtquellen in einem 45-Grad-Winkel um das Objekt positioniert und nacheinander aktiviert. Die Kamera erfasst jeweils ein Bild pro Beleuchtungsrichtung. Die Software analysiert anschließend die Schattenunterschiede, um ein detailliertes Relief der Oberfläche zu rekonstruieren.

Diese Methode ist besonders geeignet zur Erkennung von Dellen, Kratzern, Prägungen oder anderen feinen Strukturen auf glatten oder reflektierenden Materialien wie Folien, Kunststoffverpackungen oder Metallteilen. Für die Umsetzung ist ein Vierkanal-Controller erforderlich. Damit lassen sich alle vier LEDs individuell ansteuern – mit exakter Kontrolle über Intensität, Pulsdauer und Schaltreihenfolge. Die so erzeugten Bilder ergeben zusammen eine pseudo-3D-Darstellung, auch mit einer normalen 2D-Kamera.

Hersteller wie TMS Lite bieten kompakte, robuste Vierkanal-Controller an, die mit verschiedensten Beleuchtungsarten kompatibel sind – etwa Balkenlichtern, Ringlichtern oder Dome-Lösungen. Sie lassen sich problemlos in bestehende Systeme integrieren und unterstützen sowohl analoge als auch digitale Steuerung über I/O oder Ethernet.

DCM Sistemes und I-BlueDrive: Integrierte Steuerung mit Lichtsequenzen

Für Anwender, die eine kompakte Lösung mit minimalem Verdrahtungsaufwand suchen, bietet DCM Sistemes mit I-BlueDrive eine besonders innovative Lösung. Bei diesem System ist die Steuerung direkt in die LED-Leuchte integriert. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines separaten Controller-Gehäuses. Die Stromversorgung und Steuerung erfolgen über ein einziges Kabel – ideal für beengte Einbauräume oder den Einsatz in Robotikanwendungen.

I-BlueDrive unterstützt nicht nur die präzise Steuerung von Overstrobe-Beleuchtung im Mikrosekundenbereich, sondern ermöglicht auch das Sequenzielle Triggern mehrerer Lichtquellen. Damit eignet es sich hervorragend für Shape from Shading oder andere Anwendungen mit richtungsabhängiger Beleuchtung. Über die benutzerfreundliche DCMi-Software lassen sich Parameter wie Pulsdauer, Triggerverzögerung, Stromstärke und die Abfolge der Beleuchtung intuitiv einstellen – ganz ohne zusätzliche externe Hardware.

Dank dieser Flexibilität eignet sich I-BlueDrive ideal für Anwendungen wie die Inspektion von Leiterplatten, Etiketten oder die Fehlererkennung auf hochreflektierenden oder transparenten Oberflächen.

Systemintegration und Synchronisation

Ein moderner Beleuchtungscontroller muss sich nahtlos in das Automatisierungssystem einfügen – dazu gehören Kamera, SPS und Bildverarbeitungssoftware. Aktuelle Modelle unterstützen gängige Kommunikationsprotokolle wie TTL, 24 V I/O, RS232, Modbus TCP oder Ethernet/IP. Damit ist eine exakte zeitliche Steuerung sowie eine einfache Fernkonfiguration möglich.

Durch die präzise Abstimmung der Lichtpulse auf die Belichtungszeit der Kamera lassen sich Bewegungsunschärfen vermeiden, der Bildkontrast erhöhen und die Wiederholbarkeit der Inspektion auch bei wechselnden Bedingungen verbessern.

Praktische Anwendungen aus der Industrie

In der pharmazeutischen Produktion wird Shape from Shading genutzt, um Braille-Prägungen auf Verpackungen zu prüfen. Ein Vierkanal-Controller aktiviert dabei vier Lichtquellen nacheinander, und die Kamera erstellt jeweils ein Bild. Die Software kombiniert diese zu einem Höhenprofil der Oberfläche.

In der Getränkeindustrie ermöglicht Overstrobe-Beleuchtung eine gestochen scharfe Aufnahme von schnell bewegten Flaschen und Etiketten. In der Elektronikfertigung steuert I-BlueDrive die Beleuchtung exakt abgestimmt auf das Shutter-Signal der Hochgeschwindigkeitskamera – auch bei schnellen Produktionszyklen.

Fazit

Beleuchtungscontroller sind das Gehirn hinter der Beleuchtung eines Vision-Systems. Sie sorgen für die notwendige Präzision und Reproduzierbarkeit, die für eine zuverlässige industrielle Inspektion unerlässlich ist. Ganz gleich, ob Sie eine einfache Trigger-basierte Lösung oder eine komplexe mehrkanalige Beleuchtungssteuerung benötigen – der richtige Controller macht den entscheidenden Unterschied.

Mit den leistungsstarken Lösungen von TMS Lite und DCM Sistemes stehen Ihnen zuverlässige und flexible Werkzeuge für nahezu jede Bildverarbeitungsaufgabe zur Verfügung. Von einfachen Balkenleuchten bis hin zu sequenziellen Lichtanordnungen mit Overstrobe-Funktion – mit dem passenden Controller holen Sie das Beste aus Ihrem Vision-System heraus.

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