Vorbei sind die Zeiten, in denen die Beleuchtung in der Bildverarbeitung als "Licht zur Beleuchtung des Bildes" verstanden wurde. Moderne Lichtkomponenten sind zu Hightech-Produkten geworden, in denen sie die neuesten Erkenntnisse aus Licht, Elektronik, Thermodynamik, Werkstofftechnik und Fertigungstechnik vereinen.

Die Vielfalt der in der Bildverarbeitung eingesetzten Lichtquellen wurde in den letzten Jahren durch LED's deutlich reduziert. Es werden aber auch viele andere Quellen genutzt:

Die homogenen Lampen:
Hell, inklusive Spektrum, nur für Dauerbetrieb, kurze Lebensdauer, langsam schaltend, vibrationsempfindlich, geringer Wirkungsgrad, meist in die Kaltlichtquelle integriert.

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Halogen-Metalldampflampen:
Sie sind sehr hell, nur für den kontinuierlichen, nicht universellen Spektralbetrieb.

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Xenon-Lampen:
Gut für Blitz (auch kurze Sequenz), sehr heller Hochspannungsbetrieb, Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit, aufwändige Steuerung.

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Leuchtstofflampen:
Kostengünstig (auch bei großflächiger Beleuchtung), Betrieb nur mit Hochfrequenz-Vorschaltgerät, stark temperaturabhängige Form unflexibel.

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Laser:
Viele Konfigurationsmöglichkeiten für strukturierte Beleuchtung, monochromatische Beleuchtung, Intensitätsunterschiede (Sprenkel) erschweren die Analyse.

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LEDs:
Indem sie Standardbeleuchtung in Bildverarbeitung umwandeln, sind sie es:

In der Industrie bewährt, kann es schnell, immer effizienter, immer mehr Wellenlängen/Farben/Farbkombinationen ohne Wartung oder Reparatur gesteuert werden.

Die Lichtleistung der Lichtkomponenten wird durch ihre innere Struktur bestimmt. Für die verschiedenen Anwendungen in der Bildverarbeitung muss die Richtung der Lichtausbeute mit Hilfe optischer Komponenten der Lichtkomponenten fokussiert manipuliert werden, um den gewünschten Lichteffekt zu erzielen. Je nach Anwendung wird die Beleuchtung als:

Diffuse Beleuchtung mit der gleichmäßigsten Verteilung in verschiedene Richtungen.
Gerichtete Beleuchtung, die eine ausgeprägte Vorzugsrichtung hat.
Telezentrische Beleuchtung, die besonders gerichtet ist und bei der die parallelen Hauptstrahlen den größten Teil des Lichts liefern.
Strukturierte Beleuchtung, die als lokale Eigenschaft der Zusatzbeleuchtung eine Lichtverteilungsstruktur besitzt.

Die Lichtsteuerung ist ein wesentlicher Bestandteil der Beleuchtung, der Schnittstelle zu den Steuerungen oder dem Bildverarbeitungssystem. Eine effiziente, leistungsfähige und zuverlässige Bildverarbeitung kann nur durch die Definition von Lichtszenarien erreicht werden, da diese durch speziell auf die Lichtquellen abgestimmte Regelkreise realisiert werden.

Eine große Eingangsspannung (meist 10 bis 30 VDC) ist eine wesentliche Eigenschaft für den Anschluss ungeregelter Versorgungsnetze (SPS-Versorgungsspannung).

Andererseits muss eine Konstantstromquelle integriert werden. Dies wirkt der Alterung von LED-Langzeitanzeigen entgegen und kann bei kurzzeitigen Schaltvorgängen für eine gleichmäßige Ausleuchtung sorgen.

Schon eine kurzzeitige Überhitzung der Chips führt zu einer extremen und irreversiblen Alterung. Helligkeitsverluste (>50%) und erhöhte Ausfallraten, die erst nach Jahren des kalten Betriebs auftreten, können bereits nach wenigen Stunden auftreten. Daher ist Temperaturmanagement eine absolute Notwendigkeit für LED-Beleuchtungen mit stetig steigendem Leistungsniveau. Gerichtet und auf Basis der Wärmeabfuhrkonstruktion ist auch bei hohen Umgebungstemperaturen ein zuverlässiger und überhitzungsfreier Betrieb gewährleistet.

Neben dem vorübergehend stabilen Beleuchtungsbetrieb ist die Möglichkeit der Helligkeitssteuerung ein wichtiges Merkmal. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden:

● Manuell über Potentiometer.
● Über die analoge Steuerspannung (typisch 0 bis 10 VDC)
● Über die digitale Schnittstelle mit einem Controller.

Die adaptive Beleuchtung ermöglicht eine temporäre und lokale Helligkeit, die für komplette LED-Felder eingestellt und über Ethernet in Echtzeit an die Geometrie des zu prüfenden Materials und der Umgebung angepasst wird.

Die einfachste Betriebsart ist die Konstantbeleuchtung. Einmal eingeschaltet, leuchten die Leuchten über einen langen Zeitraum.

Leuchten, die keine konstante Beleuchtung bieten, funktionieren als Impulsbeleuchtung. Sie verfügen über einen schnellen Schalteingang, über den die Leuchten mit einer SPS-Schieblehre mit einer Verzögerungszeit von < 1 ms ein- und ausgeschaltet werden können. Diese Schnellwechseloption wird immer dann eingesetzt, wenn komplexe Lichtszenarien es erfordern, dass die Kamera mehrere aufeinanderfolgende Bilder unter unterschiedlichen Lichtverhältnissen aufnimmt.

Leuchten, die nur für eine konstante Beleuchtung vorgesehen sind, sind nicht für den Impulsbetrieb geeignet. Die umfangreiche kapazitive Verdrahtung des Stabilisierungskreises führt zu langen Ein- und Ausschaltverzögerungen, die eine schnelle Reaktion verhindern.

TTL und PLC sind typisch für die Aktivierung von Flash-Komponenten. Somit ist es möglich, den Blitz entweder vom Bildverarbeitungssystem oder von der Maschinensteuerung (SPS) aus zu aktivieren.

Sobald das Triggersignal gesendet wird, gibt es eine Verzögerungszeit, bis der Blitz aktiviert wird. Die Verzögerungszeit sollte sehr kurz sein, damit das zu prüfende Material nicht zu lange außerhalb des Sichtfeldes der Kamera liegt. Typische Verzögerungszeiten liegen bei ca. 500 ns.

Die maximale Blitzfrequenz bezeichnet die höchste Anzahl von Blitzen, die eine Blitzkomponente tragen kann. Sie ist stark abhängig von der Qualität des Regelkreises für die Blitzbeleuchtung.

Die Blitzzeiten liegen in der Regel zwischen 1 und 100 ms. Die für eine bestimmte Anwendung benötigte Blitzzeit hängt von einer Reihe von Faktoren ab:

Geschwindigkeit des zu prüfenden Materials.
Größe des Gesichtsfeldes.
● Maximale Bewegungsunschärfe im Bild.
Synchronisation.
Blitzlichtleistung.

Die Lebensdauer der Beleuchtung hängt von der Art der Lichtquelle und anderen Umwelt- und Betriebsbedingungen ab. Sie kann zwischen 300 Stunden (leistungsstarke Halogenlampen) und > 50.000 Stunden für LED-Beleuchtung liegen.

Die viel zitierte MTBF (Mean Time Between Failures) LED-Beleuchtung von 100.000 Stunden ist für eine einzelne rote LED. Bei anderen Wellenlängen (blau und UV) sind sie niedriger.

Bei der LED-Blitzbeleuchtung kann davon ausgegangen werden, dass bei maximaler Ausleuchtung und ohne Alterung mehrere Millionen Blitze realisiert werden können, so dass der Helligkeitsverlust bei bestimmten Prinzipien der Schalttechnik bei der Konstruktion berücksichtigt wird.

Licht, das technisch das Beste ist, wird nutzlos, wenn es nicht gut definiert ist und nicht dauerhaft, stabil und kombiniert ist.

Zum Spannen werden genormte Lochgitter benötigt, Manometer mit genormtem Anschluss für die Beleuchtung, geeignet für die Serienfertigung im Maschinenbau.

Wie alle Komponenten der Bildverarbeitung unterliegt auch die Beleuchtung Schwingungen und Vibrationen. Als Lichtquelle sind LEDs extrem stoßfest, die Leiterplattenschnittstelle oder LED-Halterung ist jedoch oft nicht in der Lage, der entstehenden Kraft standzuhalten.