Wellenlängenwahl zur Laufzeit für die adaptive Multiprodukt-Prüfung
- Unabhängige rote, grüne und blaue LED-Arrays mit Strom- oder PWM-Regelung je Kanal in einer einzigen Leuchte.
- Die sequenzielle Aufnahme mit einer Monochromkamera liefert effektive Farbinformation bei wellenlängenoptimiertem Kontrast.
- Ideal für Multiprodukt-Linien, gemischtfarbige Codes, mehrfarbige Baugruppen, die eine Wellenlängenanpassung zur Laufzeit erfordern.
- Umschaltgeschwindigkeit im Mikrosekundenbereich ermöglicht die mehrfarbige Aufnahme mit über 100 fps, synchronisiert mit der Kamerabelichtung.
- Kanalkalibrierung erforderlich, um die Farbbalance über Temperatur, Alterung und Exemplarstreuung hinweg zu erhalten.
- Nur Abdeckung des sichtbaren Bereichs bei grober spektraler Auflösung von 100 nm; für spektral anspruchsvolle Aufgaben ist das vollständige Multispektralverfahren vorzuziehen.
RGB-umschaltbare Beleuchtungen kombinieren unabhängig angesteuerte rote, grüne und blaue LED-Arrays in einer einzigen Leuchte und ermöglichen es, die Prüfwellenlänge dynamisch zur Laufzeit zu wählen. Diese Fähigkeit ermöglicht adaptive Bildverarbeitungssysteme, die ihre Beleuchtung an das jeweils präsentierte Prüfobjekt anpassen und den Kontrast Teil für Teil optimieren, ohne die Hardware zu wechseln. Die RGB-Umschaltung ist eine einfachere und kostengünstigere Alternative zu vollständigen Multispektralsystemen und wird in Anwendungen, die verschiedene Teiletypen an derselben Prüfstation verarbeiten, breit eingesetzt.
Funktionsprinzip der RGB-umschaltbaren Beleuchtung
Eine RGB-umschaltbare Beleuchtung integriert drei unabhängige LED-Arrays mit den Wellenlängen Rot (typischerweise 620 bis 660 nm), Grün (typischerweise 520 bis 565 nm) und Blau (typischerweise 450 bis 470 nm). Jeder Farbkanal wird von einem unabhängigen Konstantstrom- oder PWM-Controller angesteuert, sodass die Intensität jedes Kanals unabhängig von null bis maximal eingestellt werden kann. Verschiedene Kanalkombinationen erzeugen unterschiedliche Gesamtspektren der Beleuchtung – von reinem Rot, Grün oder Blau über Weiß (alle Kanäle maximal) bis zu jeder Zwischenfarbe.
In Verbindung mit einer Monochromkamera kann die RGB-Beleuchtung ihre drei Wellenlängen in schneller Folge durchlaufen und drei aufeinanderfolgende Bilder erzeugen, die die Antwort des Prüfobjekts bei jeder Wellenlänge erfassen. Die Kombination dieser Bilder liefert effektive Farbinformation ohne Farbkamera und ermöglicht eine für jeden Teiletyp optimierte Wellenlängenwahl. In Verbindung mit einer Farbkamera kann die RGB-Beleuchtung die Farbtemperatur der Beleuchtung an die spektrale Empfindlichkeit des Sensors anpassen oder bestimmte Farbmerkmale in der Szene hervorheben.
Unabhängige Steuerung und Kanalkalibrierung
Die drei Kanäle müssen kalibriert werden, um eine gleichbleibende Ausgabe über Temperaturschwankungen, Alterung und Exemplarstreuung hinweg sicherzustellen. Die Kanalkalibrierung umfasst typischerweise die Messung der Ausgabe jedes Kanals gegen eine Referenz und die Anwendung von Korrekturfaktoren im Treiber. Ohne Kalibrierung driftet die Farbbalance der Beleuchtung mit der Zeit und zwischen den Einheiten, was die Wiederholbarkeit farbempfindlicher Prüfungen beeinträchtigen kann.
Typische industrielle Anwendungen
RGB-umschaltbare Beleuchtung wird breit eingesetzt für die Prüfung von Multiprodukt-Linien, bei denen unterschiedliche Teilefarben unterschiedliche Prüfwellenlängen erfordern; für das Lesen gedruckter Codes auf Substraten unterschiedlicher Farbe, bei denen sich die optimale Kontrastwellenlänge mit dem Substrat ändert; für die Verifizierung mehrfarbiger Baugruppen, bei denen jede Komponente bei ihrer optimalen Wellenlänge geprüft werden muss; für die Qualitätskontrolle landwirtschaftlicher Erzeugnisse und Lebensmittel, bei denen Farbmerkmale Qualitätsstufen anzeigen; für die Prüfung von Pharmaprodukten mit farbcodierter Verpackung; für die Verifizierung mehrfarbiger Druckmedien; und für jede Anwendung, bei der sich die Prüfwellenlänge an das dem System präsentierte Prüfobjekt anpassen muss. RGB-umschaltbare Baugruppen werden im Rahmen des Portfolios kundenspezifischer LED-Beleuchtungen mit Kanalsteuerungstreibern aus dem RODER-Zubehörkatalog entwickelt.
Auswahlkriterien und Konstruktionsüberlegungen
Die Intensität jedes Farbkanals muss für die Prüfaufgabe ausreichen. Der blaue Kanal hat typischerweise die geringste Sensorempfindlichkeit und benötigt zum Ausgleich möglicherweise eine höhere LED-Dichte. Der grüne Kanal entspricht der maximalen Sensorempfindlichkeit und ist am effizientesten. Der rote Kanal bietet eine gute Durchdringung auf farbigen Substraten und einen hohen Wirkungsgrad. Das relative Verhältnis der Kanäle sollte anhand der erwarteten Eigenschaften des Prüfobjekts spezifiziert werden.
Die Umschaltgeschwindigkeit des Controllers bestimmt die maximale Aufnahmerate der Multiwellenlängen-Bildgebung. Moderne RGB-Controller können innerhalb von Mikrosekunden zwischen den Kanälen umschalten und ermöglichen die Aufnahme von drei aufeinanderfolgenden Einfarbbildern mit Bildraten, die nur durch die Kamera begrenzt sind. Für die Prüfung bei sehr hoher Geschwindigkeit ermöglicht die synchronisierte LED-Triggerung in Kombination mit kurzer Kamerabelichtung effektive Bildraten von über 100 fps selbst im Mehrfarbmodus. Dedizierte Mehrkanaltreiber sind im RODER-Katalog für LED-Treiber und elektronische Controller verfügbar.
Spektralbereich und Grenzen
Die RGB-umschaltbare Beleuchtung deckt nur den sichtbaren Bereich ab, mit diskreten, etwa 100 nm auseinanderliegenden Wellenlängen. Diese grobe spektrale Auflösung reicht für viele Unterscheidungsaufgaben aus, kann aber nicht mit der Präzision vollständiger Multispektralsysteme mithalten. Für Anwendungen, die eine feinere spektrale Auflösung erfordern, erweitert die Ergänzung um Bernstein-, Cyan- oder Nahinfrarotkanäle die spektrale Abdeckung bei moderaten Mehrkosten.
Integration und Grenzen
RGB-umschaltbare Beleuchtungen werden in allen standardmäßigen mechanischen Konfigurationen genauso integriert wie monochromatische oder weiße Leuchten. Der wesentliche zusätzliche Integrationsschritt ist die Konfiguration der Kanalsteuerung, die entweder einen dedizierten RGB-Controller oder einen mehrkanaligen programmierbaren Treiber erfordert. Viele moderne Bildverarbeitungssteuerungen integrieren die RGB-Kanalsteuerung als Standardfunktion.
Die wesentliche Einschränkung der RGB-umschaltbaren Beleuchtung ist die begrenzte Anzahl an Wellenlängen. Anwendungen, die eine spektrale Auflösung über das hinaus erfordern, was Rot, Grün und Blau bieten können, müssen vollständige Multispektral- oder Hyperspektralsysteme einsetzen. Die andere Einschränkung ist der etwas geringere Wirkungsgrad jedes einzelnen Kanals gegenüber einer dedizierten monochromatischen Beleuchtung, da die RGB-Leuchte drei separate LED-Arrays im selben Gehäuse unterbringen muss. Für Anwendungen, die von der Wellenlängenwahl zur Laufzeit profitieren und bei denen eine grobe spektrale Auflösung ausreicht, bietet die RGB-umschaltbare Beleuchtung das optimale Gleichgewicht aus Flexibilität, Kosten und Integrationsaufwand.
RGB-umschaltbare LED-Beleuchtungen von RODER Vision
RODER Vision entwickelt anwendungsspezifische RGB-umschaltbare LED-Beleuchtungen mit unabhängiger Kanalsteuerung für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen, die eine Wellenlängenwahl zur Laufzeit und eine adaptive Multiprodukt-Prüfung erfordern.
- Anwendungsspezifische RGB-umschaltbare Ring-, Balken- und Flächenbaugruppen — Kundenspezifische LED-Beleuchtungen
- Kompakte RGB-umschaltbare gerichtete Quellen — LED-Spotbeleuchtungen
Die Prüfung mit RGB-Umschaltung erfordert eine präzise Stromregelung je Kanal und eine Kamerasynchronisation — der RODER-Katalog für LED-Treiber und elektronische Controller umfasst mehrkanalige programmierbare Treiber, die mit industriellen Bildverarbeitungssteuerungen und SPS kompatibel sind.