LED-Controller for Inline Computational Imaging

Am AIT Austrian Institute of Technology, im Geschäftsfeld High-Performance Vision System, wird an einem Verfahren namens „Inline Computational Imaging“ (ICI) geforscht. Kernansatz dieser Technologie ist es, 3D-Daten mit Hilfe einer Flächenbildkamera und der Berücksichtigung der Relativbewegung zwischen Kamera und Objekt, zu generieren. In einer erweiterten Form des ICI-Systems, wird zusätzlich Photometric Stereo betrieben, bei dem das Objekt aus unterschiedlichen Winkeln beleuchtet wird, um die Oberflächennormalvektoren zu bestimmen. Da die Beleuchtung der Objekte besondere Herausforderungen hinsichtlich Timing, Leistung und Elektromagnetischer Verträglichkeit birgt, ist im Zuge dieser Arbeit ein LED-Controller konzeptioniert, umgesetzt und getestet worden, der speziell an diese Anforderung angepasst ist. Eines der Grundprobleme, die diese Arbeit forciert ist, dass die LED-Module bei einer maximalen Geschwindigkeit von 100 Hz, 300us lange Pulse mit rund 1000 Watt erzeugen müssen. Handelsübliche LED-Controller verursachen hierbei hohe Eingangsstromspitzen und müssen deshalb mit teuren Netzteilen versorgt werden. Das Schaltungskonzept des LEDControllers dieser Arbeit ist so konzeptioniert, dass die für die kurzen Stromimpulse benötigte Energiemenge, in einer Zwischenkreiskapazität gepuffert wird. Während die LED-Module ausgeschalten sind, sorgt ein eingangsseitiger DC-Konverter dafür, dass die Zwischenkreiskapazität so langsam aufgeladen wird, dass dabei nur die durchschnittliche Leistung von 30 Watt geliefert wird. Die LED-Module werden dann mit der, in der Zwischenkreiskapazität zur Verfügung stehenden Energie getrieben, wobei ein ausgangsseitiger DC-Konverter dafür sorgt, dass die Ausgangsspannung konstant gehalten wird, während die Zwischenkreisspannung fällt. Bei der Umsetzung der Software wurde darauf Wert gelegt, dass die Flankensteilheit der Stromimpulse eingestellt werden kann, um elektromagnetische Störaussendungen zu minimieren. Im Zuge der Tests, die in dieser Arbeit durchgeführt wurden, hat sich das Konzept, die Energiemenge des Pulses in einer Zwischenkreiskapazität zu speichern, als funktionsfähig erwiesen. Mit dem Ausgangskonverter konnten maximal 238 Watt erzeugt werden. Allerdings ist es, beim Versuch, das LED-Modul kontinuierlich anzusteuern, zu Softwareproblemen gekommen, weshalb nur einzelne Pulse erzeugt und getestet worden sind. Auch wenn im Zuge dieser Arbeit nicht alle Ziele erreicht wurden, können auf Basis der Testergebnisse zukünftig neue Ansätze und Konzepte, zur Verhinderung der aufgetretenen Probleme, entwickelt und getestet werden.