Schnell in der Linie
Zeilenkameras mit Erfassungsraten von 67.000 Zeilen/s
Mit der In-Sight 9902L lassen sich die Vorteile von Zeilenkameras heute sehr einfach nutzen. Mehrere Tausend Pixel/Zeile und Linienerfassungsraten von 67.000 Zeilen/s sind damit möglich.
Bild: Cognex Germany Inc.Zeilenkameras erreichen höhere Auflösungen als Kameras mit Flächensensoren. Zudem können sie zylindrische Objekte rundum erfassen und große Bilder zu deutlich niedrigeren Kosten erzeugen.
Bild: Cognex Germany Inc.
Bild: Cognex Germany Inc.Anspruchsvolle Anwendungen
Ob für Lebensmittel und Getränke, Elektronik, Pharma-Produkte, Verpackungstechnik oder Logistik - Zeilenkameras zeichnen sich dadurch aus, dass sie schnell bewegte Einzelteile auf einem Förderband erfassen bzw. alle Seiten von zylindrischen Objekten prüfen können, z.B. zur Inspektion von Füllständen, Etiketten oder Sicherheitsplomben. Zeilenkameras können auch sehr breite oder lange Objekte in einem einzigen Durchlauf erfassen und kontinuierliche, lückenlose Bilder erzeugen, beispielsweise für eine 100%-Inspektion von Endlosmaterial wie Textilien, Papierbahnen, Metallbänder oder Kunststoffe. Da eine Zeilenkamera nur einen Teil eines Objekts erfasst, kann sie bei eingeschränkten Sichtfeldern oder in engen Platzverhältnissen integriert werden. Sie werden oft für Objekte eingesetzt, die eine verzerrungsfreie Darstellung benötigen, wo aber aus Platz- oder Beleuchtungsgründen kein telezentrisches Objektiv für die verzerrungsfreie Darstellung eingesetzt werden kann. Das ist z.B. bei großen, länglichen Objekten der Fall, wie bei Flachbildschirmen, Solarzellen oder Autoteilen (Türverkleidungen) oder Batterien.
Bild: Cognex Germany Inc.Alle Pixel sichtbar machen
Wie bei allen Bildverarbeitungssystemen, ist auch bei Zeilenkameras die Wahl des richtigen Objektivs entscheidend für den Erfolg der Anwendung. Dabei ist es wichtig, ein hochwertiges C-Mount-Objektiv zu wählen, um die Auflösung der Zeilenkamera vollständig auszunutzen. Doch auch die Beleuchtung ist wichtig. Zeilenkameras benötigen aufgrund der schnellen Erfassungsgeschwindigkeit (typischerweise in Mikrosekunden pro Zeile) ein Beleuchtung mit höherer Intensität, denn die Belichtungszeit ist im Vergleich zu Flächenkameras erheblich kürzer. Andererseits lässt sich die Beleuchtung einer Zeilenkamera viel gezielter einsetzen als bei einer Flächenkamera. Bei dieser muss immer das komplette Objekt optimal ausgeleuchtet sein, bei einer Zeilenkamera hingegen ´nur´ ein kleiner Teil des Objekts für die Belichtung einer Zeile. Eine starke, gleichmäßige und fokussierte Linienbeleuchtung ist daher am besten geeignet. Das Linienlicht wird entsprechend der Kamera-Blickrichtung ausgerichtet, um die Intensität zu maximieren. Die Beleuchtung bleibt normalerweise immer eingeschaltet, es wird nicht geblitzt, d.h. keine stroboskopische Beleuchtung.
Bild: Cognex Germany Inc.Geschwindigkeitsänderungen beherrschen
Ein Encoder überträgt die lineare Bewegung des Förderbands an die Zeilenkamera und gibt vor, wann die nächste Zeile aufgenommen werden muss. In vielen Anwendungen ist es aber schwierig, eine konstante und stabile Bewegung des sich bewegenden Objekts zu gewährleisten, insbesondere beim An- und Runterfahren von Förderbändern: die Änderungen der Geschwindigkeit beeinflussen aber das Seitenverhältnis des resultierenden Bildes. In solchen Fällen könnte die Kamera die Zeilen zu schnell erfassen, was dazu führt, dass sich Linien wiederholen und das Bild gestreckt wird. Wenn die Kamera die Zeilen dagegen zu langsam erfasst, wird sie Zeilen überspringen, wodurch das Bild bzw. die Auflösung schlechter wird. Um ein konstantes Seitenverhältnis bei veränderter Geschwindigkeit beizubehalten, weist der Drehgeber die Kamera an, eine Linie zu erfassen, wenn der zurückgelegte Weg einem definierten Wert entspricht - normalerweise der Länge eines Pixels. Einige Encoder erzeugen zwei getrennte Signale, wodurch detailliertere Informationen über die Bewegung (Richtung und Geschwindigkeit) erfasst werden können. Jede Zeilenkamera benötigt einen Auslösemechanismus, der ihr vorgibt, wann sie mit der Aufnahme beginnen soll. Zeilenkamerasysteme können hierfür entweder einen Hardwaretrigger verwenden, der direkt an die Kamera angeschlossen ist, oder einen Softwaretrigger, der über einen Feldbus oder PC ausgegeben wird.
Bild: Cognex Germany Inc.67.000 Zeilen pro Sekunde
Cognex hat eine Reihe von hochauflösenden Zeilenkamerasystemen im Portfolio. Neben der In-Sight 5604 mit einer Auflösung von 1.000x8.000 Pixel (8.000 Zeilen bzw. 8MP) überzeugt die In-Sight 9902L durch eine Auflösung von 2.000x16.000 Pixel (16.000 Zeilen bzw. 32MP). Sie bietet damit eine vierfache Auflösung für detailliertere Inspektionen bei gleichzeitiger Kostensenkung und einfacher Konfiguration. Das gesamte Kamerasystem befindet sich in einem IP67-Gehäuse, wo es zuverlässig vor Flüssigkeiten und Staub geschützt ist. Die Kamera mit interner CPU erfasst bis zu 67.000 Zeilen pro Sekunde, was einer Scan-Rate von 15µs entspricht. Damit ermöglicht sie High-Speed-Bildaufnahmen ohne zusätzliche separate Steuerung. Ein neuartiger Lichtempfindlichkeitsmodus erhöht die Flexibilität bei der Inspektion von schnell bewegten Einzelteilen auf Förderbänden, zylindrischen Objekten oder großen Teilen. Da die Kamera nur einen kleinen Ausschnitt eines Objekts benötigt, kann sie problemlos bei eingeschränktem Sichtfeld oder in einem engen Bauraum eingesetzt werden.
Einfache Integration und Konfiguration
Wie alle In-Sight Bildverarbeitungssysteme verwendet auch die In-Sight 9902L die In-Sight Explorer-Software für das Setup und zur Überwachung der Bildverarbeitung. Die Software enthält die EasyBuilder-Benutzeroberfläche, mit der Benutzer Schritt für Schritt durch den Setup-Prozess der Anwendung geführt werden, sowie eine Spreadsheet-Ansicht zur besseren Kontrolle. Die Software umfasst auch einen kompletten Satz der leistungsstarken In-Sight Bildverarbeitungstools. PatMax RedLine, ein sehr schneller Algorithmus zum Pattern Matching, kann optional aufgeschaltet werden. Mit dem In-Sight Explorer kann der Anwender alle Anpassungen vornehmen und seine Bildverarbeitungsanwendung schnell umzusetzen. Somit hat sich die ehemals aufwendigere Zeilenkameratechnologie für hochauflösende Bildverarbeitungsaufgaben erheblich vereinfacht und kann komplexe Lösungen, die bisher auf mehreren (Flächen-) Kameras basieren, ersetzen.
Zeile für Zeile zum 2D-Bild
Bei der Bilderfassung hat der Anwender die Wahl zwischen zwei Aufnahmemethoden: Flächen- oder Linienscan. Üblicherweise verwenden 2D-Bildverarbeitungssysteme einen Flächensensor, der zum Zeitpunkt der Bilderfassung vollständig belichtet werden muss. Im Gegensatz dazu basieren die 2D-Bilder von Zeilenkameras auf einem zeilenweisen Bildaufbau, wobei entweder der Sensor oder das Objekt linear zueinander bewegt werden. Geräte wie Dokumentenscanner, Fotokopierer oder Faxgeräte arbeiten ebenfalls mit dieser Technologie, mit der sich hochaufgelöste Bilder erzeugen lassen.
Bild: Cognex Germany Inc.Anspruchsvolle Anwendungen
Ob für Lebensmittel und Getränke, Elektronik, Pharma-Produkte, Verpackungstechnik oder Logistik - Zeilenkameras zeichnen sich dadurch aus, dass sie schnell bewegte Einzelteile auf einem Förderband erfassen bzw. alle Seiten von zylindrischen Objekten prüfen können, z.B. zur Inspektion von Füllständen, Etiketten oder Sicherheitsplomben. Zeilenkameras können auch sehr breite oder lange Objekte in einem einzigen Durchlauf erfassen und kontinuierliche, lückenlose Bilder erzeugen, beispielsweise für eine 100%-Inspektion von Endlosmaterial wie Textilien, Papierbahnen, Metallbänder oder Kunststoffe. Da eine Zeilenkamera nur einen Teil eines Objekts erfasst, kann sie bei eingeschränkten Sichtfeldern oder in engen Platzverhältnissen integriert werden. Sie werden oft für Objekte eingesetzt, die eine verzerrungsfreie Darstellung benötigen, wo aber aus Platz- oder Beleuchtungsgründen kein telezentrisches Objektiv für die verzerrungsfreie Darstellung eingesetzt werden kann. Das ist z.B. bei großen, länglichen Objekten der Fall, wie bei Flachbildschirmen, Solarzellen oder Autoteilen (Türverkleidungen) oder Batterien.
Cognex Germany Inc.
Dieser Artikel erschien in inVISION 5 2018 - 30.10.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
