Zum Hauptinhalt springen

Vision-Doctor

Beleuchtung

Merkmale & Fehler sichtbar machen

LED-Beleuchtung

Leuchtdioden, kurz LEDs (Light Emitting Diodes), werden seit Ende der 90er Jahre in der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt. Durch die stetige Verbesserung der Halbleitermaterialien konnte die Intensität extrem gesteigert werden. Heute decken LED-Beleuchtungen einen Großteil der industriellen Anwendungsgebiete ab.
Lediglich bei extrem großflächigen Beleuchtungen, wie z.B. in der Robotik oder in Bereichen der Zeilenkameratechnik, wo sehr viel Licht und/oder die Ausleuchtung großer Flächen benötigt wird, werden Leuchtstofflampen eingesetzt.Aber auch hier ist zunehmend die LED-Beleuchtung auf dem Vormarsch.

Gründe für die häufige Verwendung von LEDs für die industriellen Bildverarbeitung

  • Niedriger Stromverbrauch, damit geringe Wärmeentwicklung
  • Äußerst lange Lebensdauer von 30.000 bis 100.000 Stunden
  • Kaum Frühausfälle, durch ein Cluster von vielen LEDs ist ein Ausfall einer einzelnen unkritisch
  • Kleinste Abmessungen, gerichtetes Licht durch Linsenoptik des Gehäuses
  • Hohe Stoß- und Vibrationsfestigkeit im industriellen Einsatz
  • Gut schalt- oder blitzbar zur Steigerung der Lebensdauer oder des Outputs
  • In verschiedensten Farben einsetzbar, nicht nur in Weiß
  • Kleine Bauform ermöglicht viele Formfaktoren zur Realisierung unterschiedlicher Beleuchtungstechniken

Eigenschaften industrielle LED-Beleuchtung

Funktionsweise der LED

Leuchtdioden funktionieren wie Halbleiterdioden, die Licht in Durchlassrichtung erzeugen. Dabei wird Licht emittiert. Die Abkürzung LED steht für "Light Emitting Diode". Die Farbe des erzeugten Lichts wird durch den verwendeten Halbleiterkristall und dessen Dotierung bestimmt. Verwendet werden Mischkristalle wie Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaAsP), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) etc.

Die Leuchtdiode besteht aus einem n-dotierten Halbleitermaterial, auf das eine sehr dünne p-dotierte Schicht aufgebracht wird, die einen Ladungsträgerunterschuss aufweist. Beim Anlegen einer Spannung entsteht in der Grenzschicht ein Überschuss an Ladungen, die sich an Fehlstellen im p-dotierten Material rekombinieren und dort ihre Energie abgeben. Da die obere Schicht sehr dünn ist, kann der Lichtblitz aus dem Material austreten. Das dabei erzeugte Licht ist aufgrund der genau definierten Energiemengen im Halbleitermaterial monochromatisch. Anders als bei einer Glühlampe hat das Licht also immer eine bestimmte Farbe.

Auch weiße LEDs erzeugen zunächst monochromatisches Licht. Weißes Licht entsteht erst durch einen Trick: Das Licht einer zu 100 Prozent blau emittierenden LED regt gelbe Fluoreszenzfarbstoffe an, die um den lichtemittierenden Kristall herum angeordnet sind. Aus der direkten Emission von Blau und der Fluoreszenz von Gelbgrün und Rot wird so weißes Licht gemischt.

Spektren verschiedener farbiger LEDs

Schließlich bündeln optische Elemente den austretenden Lichtstrahl zu einem definierten Lichtkegel.
Die Lichtintensität steigt proportional zur Stromstärke, was in der industriellen Bildverarbeitung genutzt wird, um mit Hochleistungs-LEDs große Lichtmengen zu erzeugen. Ein Verbrauch von 5-25 Watt für eine LED-Beleuchtung sind typische Verbrauchswerte.

Die Energieausbeute kann weiter erhöht werden, indem der Strom über 100% des zulässigen Wertes erhöht wird. Bei Dauerbetrieb würde die LED natürlich sofort zerstört. Mit Hilfe eines Blitzsteuergerätes können jedoch kurze Strompulse (1x pro Inspektion) mit dem 3- bis 6-fachen Wert überblitzt werden, um ein Vielfaches an Lichtleistung zu erzeugen.

Wichtig für die Industrielle Bildverarbeitung

  • LEDs altern bei starker Erwärmung deutlich schneller als bei ausreichender Kühlung. Die entstehende Wärme muss durch Luftzufuhr, wärmeleitende Befestigung oder sinnvolle Taktung abgeführt werden.
  • Bei Erwärmung nimmt die Lichtausbeute ab. Der Helligkeitsfluss ist abhängig vom Stromfluss und der Temperatur. Idealerweise mit Blitzsteuerung / Strombegrenzung einsetzen und LED kühl halten.
  • Häufiges Ein- und Ausschalten (pro Inspektion) schadet der Beleuchtung nicht, verlängert aber die Lebensdauer erheblich.
  • Die Lebensdauer der LED ist das Alter, in dem die LED nur noch 50% der ursprünglichen Helligkeit abgibt. Ein Totalausfall ist sehr selten, LEDs altern annähernd linear.
  • Durch den Einsatz von Blitzsteuerungen kann die Helligkeit um ein Vielfaches erhöht werden.
  • Wichtig für farbige Anwendungen: Auch weiße LEDs verändern im Laufe ihrer Lebensdauer ihre Farbtemperatur. Durch die aggressive Bestrahlung der Fluoreszenzfarbstoffe mit viel Lichtenergie altern diese besonders schnell. Die LED wird bläulicher. Eine Nachkalibrierung kann von Zeit zu Zeit notwendig werden (aber deutlich seltener als bei Halogen-/Fluoreszenzlampen).

Passende Beleuchtung gesucht?

Vision-Doctor.de ist ein privates, unabhängiges, nicht-kommerzielles Homepage-Projekt ohne Kunden-Support.

Optimale Beratung, Schulung und Verkauf von industriellen Beleuchtungen erhalten Sie hier.

(externer Link Partner-Webseite)