Kombinieren von mehreren Contact-Image-Sensoren für breite Zeilen

Product / 12.2022

Inspektionen mit Zeilensensoren sind in gewisser Weise ein Nischenmarkt innerhalb des Machine-Vision-Marktes. Zeilensensoren werden verwendet, wenn ein sehr hochauflösendes Bild benötigt wird, um die Oberfläche von großen, sich bewegenden, flachen Objekten wie Papier, Laminaten, Kunststofffolien, Textilien, Folien, Glas, Stahl oder auch Leiterplatten zu inspizieren. Der Aufbau von Inspektionssystemen mit Zeilensensoren erfordert ein einzigartiges Know-how, da im Gegensatz zur Flächenbilderfassung eine enge Kopplung zwischen der Erfassungsrate des Sensors (d. h. der Zeilenrate) und der Bewegung des Objekts erforderlich ist.

„Contact-Image-Sensoren (CIS), wie sie von Mitsubishi Electric angeboten werden, haben eindeutige Vorteile gegenüber herkömmlichen Zeilenkameras“, so Marc Damhaut. Sie werden sehr dicht am Objekt aufgestellt, das inspiziert werden soll, und stellen eine perfekte Lösung dar, wenn nur wenig Platz um das Objekt verfügbar ist. Sie bieten eine telezentrische Ansicht der zu inspizierenden Oberfläche ohne Verzerrung und ohne Lichtunregelmäßigkeiten. Daher entstehen 1:1-Bilder mit genauer Darstellung der Oberfläche. Darüber hinaus sind Contact-Image-Sensoren Komplettlösungen, in denen der Sensor, die Beleuchtung und die Optiken in einem einzigen Gerät integriert sind. Das Gerät selbst kann vorkalibriert angeboten werden.
  

Abbildung 1: Beispiel von 2 versetzten und synchronisierten Mitsubishi CIS zur Abdeckung eines breiteren, sich schnell bewegenden Sichtfelds

Dies ergibt ein authentisches und unverzerrtes Bild. Die Basis für eine gute Bildanalyse.
Euresys hat viel Erfahrung mit Zeilenscananwendungen. Die Camera Link- und CoaXPress-Framegrabber von Euresys bieten alle Funktionen, die zur Steuerung von Zeilensensoren, einschließlich Contact-Image-Sensoren, erforderlich sind. Die Framegrabber von Euresys sind mit universellen I/O-Schnittstellen für den Anschluss von Quadratur-Bewegungsencodern mit verschiedenen Arten von elektrischen Schnittstellen und programmierbaren Rauschfiltern ausgestattet. Außerdem ermöglichen Tools wie der Rate Divider und der Rate Converter, die in Framegrabbern von Euresys verfügbar sind, die sehr genaue Steuerung der Synchronisation zwischen der Bewegung des Objekts und der Zeilenrate des Sensors, also dem Pixelseitenverhältnis.


Bei neueren Anwendungsfällen haben Mitsubishi Electric und Euresys erfolgreich kooperiert und konnten dank ihres vereinten Know-hows die Inspektion der Oberflächen von großen Objekten optimieren.

Bei einem der letzten Fälle wurden gleichzeitig zwei Camera Link-Contact-Image-Sensoren verwendet, um breitere Oberflächen zu inspizieren. Die Sensoren werden dabei versetzt mit einer festgelegten Überschneidung angebracht, sodass eine durchgängige Inspektion über die gesamte Breite des Sichtfelds gewährleistet ist. Jeder Sensor ist an zwei Grablink Full XR-Framegrabber von Euresys angeschlossen. Die vier Framegrabber von Euresys können die Bilder unter Berücksichtigung der Überschneidung zusammenfügen und im Speicher des Host-PCs ein einziges Bild erzeugen, das dann inspiziert wird. Dies erfolgt per DMA (Direct Memory Access) ohne Belastung der Host-CPU.

Eine weitere Einschränkung, die dank des Grablink Full XR nicht mehr gilt, ist der Abstand zwischen den Kameras und dem Host-Computer. Bei derartig großen Produktionsanlagen ist es gängig, dass sich die Inspektionsköpfe mehrere Meter vom Host-PC entfernt befinden. Wenn dies der Fall ist,
ist mit der Technologie ECCO+ (Extended Camera Link Cable Operation) des Grablink Full XR eine zuverlässige Übertragung über die erforderliche Länge der Kabel möglich, die weit über die für den Camera Link-Standard angegebene Länge geht.

Ein weiterer Vorteil des Aufbaus ist die Fähigkeit der synchronen Erfassung des Grablink Full XR über ein breites Geschwindigkeitsspektrum entsprechend den Prozessanforderungen – bei diesem Anwendungsfall über zwei Größenordnungen bei Prozessstart und Prozessende und/oder anderen speziellen Prozessen aufgrund von Durchsatzschwankungen. Aufgrund seiner hohen Genauigkeit und dem deterministischen Datenaustausch zwischen dem CIS und den Prozesssignalen seitens des Anwenders über GPIO-Schnittstellen können diese Schwankungen problemlos mit der Lösung von Euresys bewältigt werden.

Eine effiziente Bilderfassung in Kombination mit den Schnittstellenoptionen von Mitsubishi Electric für Fabrikautomatisierung gibt Kunden die Möglichkeit, ihre Prozesse problemlos zu optimieren. Dank dieser nahtlosen Integration von mehreren Kameraausgängen ist die CIS-Größe kein limitierender Faktor mehr für die in einem Durchgang zu inspizierende Größe der Oberfläche.
Diese Flexibilität wird von Lösungsintegratoren bzw. Maschinenbauern sehr geschätzt, da sie so ihre Lösungen an die speziellen Anforderungen ihrer Kunden anpassen können. Martin Messy (Director CIS Europe bei Mitsubishi Electric): „Wir wissen die sehr professionelle und kundenorientierte Kooperation bei gemeinsamen Projekten wirklich zu schätzen. Herausragende Technologie und lösungsorientierte Arbeitsmethoden bilden die Grundlage für erfolgreiche Kundenprojekte und letztendlich zufriedene Kunden.“

Marc Damhaut ergänzt abschließend: „Für Euresys hat eine enge Zusammenarbeit mit Marktteilnehmern (Kameraherstellern, Maschinenbauern, Integratoren, Anwendern usw.) Priorität, um technisch ausgereifte Hardware und Software entsprechend den speziellen Anforderungen der Machine-Vision-Branche anzubieten“.