Hyperspectral LED

Bild: MTD GmbH

Hyperspektrale Bildverarbeitung benötigt neben der geeigneten Spektral-Kamera auch eine passende Breitband-Beleuchtung. Im SWIR-Spektralbereich zwischen 1.000 bis 1.700nm werden bisher insbesondere Halogenstrahler als Strahlquellen eingesetzt. Für viele temperatursensitive Anwendungen ist jedoch deren hoher Wärmeeintrag problematisch. Weiterhin erweisen sich die eingeschränkte Lebensdauer und die damit verbundenen kurzen Wartungsintervalle als nachteilig. Daher hat MTD eine hyperspektrale Hochleistungs-LED-Linienleuchte für den Spektralbereich 1.000 bis 1.700nm entwickelt. In dieser werden High-Power-LEDs mit bis zu vierzehn verschiedenen Wellenlängen innerhalb einer COB-Zeile zu einem homogenen Breitbandspektrum kombiniert. Jede LED-Wellenlänge ist hierbei getrennt programmierbar. Mittels der Multispektral-Software von MTD lassen sich die einzelnen Wellenlängen so abstimmen, dass das resultierende Gesamtspektrum eine optimale Homogenität aufweist. Somit können auch kunden- und kameraspezifische Spektralanpassungen jederzeit softwaretechnisch umgesetzt und direkt in der Leuchte abgespeichert werden. Durch den Aufbau in Chip-On-Board Technologie wird eine höchstmögliche LED-Packungsdichte realisiert. Innerhalb von nur 20mm Linienlänge sind alle Wellenlängen vertreten. Ausgehend von der großen Divergenz der Einzel-LEDs führt dies in Leuchten-Längsrichtung zu einer ausgezeichneten Spektralhomogenität. Bereits in einem Abstand von 100mm ist die örtliche Spektralabweichung kleiner 0,5%. Durch die enge LED-Bestückung im Raster von 1,4mm wird zudem eine hohe Leistungsdichte erreicht. In Verbindung mit dem fokussierenden Reflektor ergibt sich eine Bestrahlungsstärke, die mit Halogenstrahlern vergleichbar ist.

Bild: MTD GmbH

Thermisch geregelt, spektral stabilisiert

Da die LED-Betriebstemperatur niedrig ist und die Abstrahlung nur im gewünschten Arbeitsbereich von 1.000 bis 1.700nm erzeugt wird, ist die auf das Messgut auftreffende Wärmestrahlung vernachlässigbar. Die hyperspektrale LED-Technologie ist daher insbesondere auch für temperatursensitive Anwendungen prädestiniert. Die Kühlung der Leuchten erfolgt entweder über Lüfter oder alternativ über eine Flüssigkeitskühlplatte auf der Leuchtenrückseite. Eine integrierte Temperaturregelung steuert dabei die Lüfterdrehzahl bzw. in Verbindung mit einem Regelventil den Durchfluss der Kühlflüssigkeit so, dass die Systemtemperatur auf +/-0,5K stabilisiert wird. Die angestrebte Solltemperatur kann extern angepasst werden. Die exakte Regelung der Betriebstemperatur ist notwendig, um temperaturbedingte Spektralverschiebungen auszuschließen und damit das Spektrum auch zeitlich zu stabilisieren. Insbesondere die Wasserkühlung erlaubt es, die Abwärme der LEDs gezielt abzuführen. Dies ist sehr vorteilhaft bei Applikationen in Kühlhäusern und klimatisierten Räumen.

Bild 3 | Für unterschiedliche Aufgabenstellungen sind drei angepasste Fokusabstände erhältlich.
Bild 3 | Für unterschiedliche Aufgabenstellungen sind drei angepasste Fokusabstände erhältlich.Bild: MTD GmbH

Breitband-Spektren

Die MTD-LED HSL Leuchte ist derzeit in zwei verschiedenen Spektralvarianten SWIR 6 (1.040-1.650nm) und SWIR 9 (1.060-1.550nm) verfügbar. Die Abstrahlleistung der SWIR 6-Variante ist vergleichbar mit der Abstrahlung von 2x120W Halogenstrahlern (Bild 2), während die Abstrahlleistung der SWIR 9-Variante durch den eingeengten Spektralbereich um 50% mehr Leistung bietet. Die Leuchten werden im Raster von 300mm gebaut. Aktuelle Standardlängen sind 300 und 600mm, Leuchtenlängen bis 3m sind möglich.

Fokussierung

Für unterschiedliche Aufgabenstellungen sind drei angepasste Fokusabstände erhältlich. Die höchste Bestrahlungsstärke bietet eine stark fokussierte Variante mit einem Fokusabstand von 150mm (RF150) bei einer Linienbreite von 7mm. Einsatzgebiete hierfür finden sich bei flachen Materialien, wie Folien oder Papier. Für etwas höhere Objekte eignet sich die Reflektoroption RF300 mit einem nutzbaren Arbeitsabstand von 260 bis 320mm und einer Linienbreite von 12mm. Speziell für Sortier- und Inspektionsanwendungen von Objekten mit einer Höhe bis etwa 80mm wurde ein Fokusabstand von 400mm bei einer Linienbreite von 16mm entwickelt. Hier kann der Arbeitsabstand im Bereich von 300 bis 400mm variieren. Zum leichteren Einrichten der Leuchten innerhalb der jeweiligen Applikation sind links und rechts der LED-Platine rote Pilot-LEDs als sichtbare Fokussierhilfe eingebaut. Diese lassen sich manuell schalten oder gehen automatisch aus, wenn die Leuchte die gestellte Zieltemperatur erreicht hat. Die Hauptanwendungsgebiete der Leuchten finden sich in der spektralen Sortierung, sowie der Charakterisierung von Oberflächen, Beschichtungen und Werkstoffen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert