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Industrielle Automation 5/2016

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Industrielle Automation 5/2016

Jürgen Neitzel, neitzel

Jürgen Neitzel, neitzel communications, Stuttgart Detailgenau auf solider Basis CMOS-Sensoren eröffnen Zeilenkameras neue Anwendungen im High-End-Bereich Jürgen Neitzel Auf CCD-Technologie basierende Farbzeilenkameras finden in der Druck- und Oberflächeninspektion, Messtechnik oder auch in der Qualitätskontrolle von Halbleitern ihren Einsatz. Nun bietet die rasante Weiterentwicklung der CMOS-Technologie neue Perspektiven. Eine Zeilenkamera mit quadlinearen CMOS-Sensoren setzt hier zukunftsfähige Maßstäbe. Damit wird weltweit zum ersten Mal die Auflösungs- Schallgrenze von 10 000 Pixeln bei echten Farbsensoren in RGB durchbrochen. Die industrielle Bildverarbeitungsindustrie befindet sich weiter auf Wachstumskurs. In 2015 wuchs der Umsatz nach Erhebungen des Branchenverbandes VDMA in Deutschland um rund 10 % auf mehr als 2 Mrd. EUR. Für 2016 rechnen die Anbieter mit Steigerungsraten von 8 %. Mit einem Exportanteil von deutlich über 50 % gehören deutsche Unternehmen zu den technologischen Marktführern. Wie Innovation ihren Weg aus den Entwicklungslabors in marktfähige Produkte findet, demonstriert Chromasens mit seiner neuesten Modellreihe Allpixa wave. „In Zusammenarbeit mit einem namhaften Halbleiterhersteller haben wir Premium CMOS- Sensoren fertigen lassen, die speziell für die hohen Anforderungen der industriellen Bildverarbeitung konzipiert sind“, erklärt Chromasens Produktmanager Chris Maurer. Im Gesamtvergleich mit den hochwertigen CCD-Sensoren haben CMOS-Sensoren in punkto Leistungsfähigkeit kräftig aufgeholt und konnten einige ihrer bestehenden technologischen Vorteile sogar weiter ausbauen. Moderne CMOS-Sensoren ermöglichen heute die Konzeption von Systemen mit einer deutlich höheren Anzahl von Bildpunkten, bieten eine hohe Variabilität hinsichtlich der Sensorlänge und ermöglichen eine im Vergleich zu CCD-Systemen höhere Datenrate. Obwohl die Nutzung von CMOS- Lösungen in der industriellen Bildverarbeitung (IBV) rasant ansteigt, bleiben in ausgewählten Einsatzbereichen wie der hochgenauen Farbmesstechnik, CCD-Sensoren aufgrund der höheren Empfindlichkeit und Signalqualität weiterhin die erste Wahl. Beste Farbwiedergabe und Bildqualität Wie bereits bei seinen erfolgreichen mit CCD-Sensoren bestückten Allpixa pro­ Modellen, unterstreicht Chromasens auch mit der Allpixa wave-Serie sein Bestreben 70 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2016

Stärken von CMOS-Sensoren n geringer Stromverbrauch n kompakte Bauform, durch Integration der Auswertelogik auf dem gleichen Chip (System on a Chip) n Durch separate Verarbeitung jedes Pixels (Umwandlung von Ladungen in Spannungen) wird eine hohe Datenrate erreicht, das Auslesen ist flexibler und der Blooming-Effekt lässt sich stark begrenzen n flexible Sensorlänge (hohe Anzahl von Bildpunkten) omni control ORBITER600 Zeilenkameras zu entwickeln, die höchsten Ansprüchen an die Farbwiedergabe und Bildqualität gerecht werden. Die Kameras verfügen daher über einen quadlinearen Hochgeschwindigkeits-CMOS-Farbzeilensensor. Im Gegensatz zu „dual line Systemen“, die bei langen Zeilen für Blau und Rot nur die halbe Auflösung besitzen, bietet die Allpixa wave eine „echte“ RGB-Farbwiedergabe mit voller Auflösung in allen Farbkanälen. Die dadurch deutlich höhere Detailtreue ermöglicht eine einfachere und detailliertere Defekterkennung womit die Anwender von deutlich besseren Inspektionsergebnissen profitieren können. Farbkorrektur bereits in der Kamera Neben einem kontinuierlichen Weißabgleich und einem exzellenten Signal-/Rauschabstand gehört eine multiple Color Conversion Matrix (CCM) zum Funktionsumfang der Modelle. Bei der Bildaufnahme und Bildwiedergabe entspricht der Farbeindruck der Darstellung nicht immer dem Original. Häufig werden dann bei der Wiedergabe zum Beispiel über einen Monitor oder Drucker Korrekturmaßnahmen durchgeführt. Mit der CCM-Funktion lässt sich diese Korrektur bereits in der Kamera in Echtzeit durchführen. Auf diese Weise erhält der Anwender frühzeitig normierte „farbechte“ Bilddaten, wodurch eine optimierte Weiterverarbeitung sicher gestellt ist. Technische Daten im Detail Als Beispiel soll hier die Allpixa wave 15k erwähnt werden. Sie verfügt über eine maximale Farbauflösung von 15 360 Pixeln × 4 Zeilen bei einer Pixelgröße von jeweils 5,6 x 5,6 µm. Die maximale Zeilenrate beträgt 15 360 × 3 Pixel bei einer Zeilenfrequenz von 18 kHz, bzw. 55 kHz im Mono-Modus. Die maximale Zeilenfrequenz liegt theoretisch bei 150 kHz. Limitiert durch die eingesetzte CameraLink Full80-Schnittstelle lässt sich – unabhängig von Modellvariante (15k, 10k) und Betriebsmodus (mono, RGB, ROI) – ein maximaler Datendurchsatz von 850 Megapixel/s realisieren. Zudem unterstützt die Kamera auch eine Multi ROI-Funktion. Dabei können bis zu 4 unabhängige ROI Bereiche in der Zeile gleichzeitig ausgewählt und übertragen werden. So reduziert sich die effektive Datenmenge und die Kamerageschwindigkeit wird erhöht. Der Anwender braucht damit „nur“ die durch die ROIs ausgewählte relevante Datenmenge durch seine Hardware schleusen und verarbeiten. Vielfältig einsetzbar Nach Einschätzung von Chris Maurer bieten die neuen Kameramodelle Systemintegratoren und OEMs vielfältige Einsatzoptionen in unterschiedlichsten Anwendungsfeldern. Das Spektrum reicht von der Inspektion von Leiterplatten und Flatscreen-Displays über die Druckkontrolle bis zum Einsatz in hochauflösenden Dokumentenscannern. Durch die große Zeilenlänge der CCD-Systeme können sich relevante Einsparungen zudem dadurch ergeben, dass eine Allpixa wave-Zeilenkamera Bilderfassungen durchführt, die in der Vergangenheit mit mehreren Kameras realisiert werden mussten. Die Allpixa wave-Modellreihe soll ab Frühjahr 2017 verfügbar sein. www.chromasens.de 360°-Oberflächenkontrolle im Durchlauf im Pressentakt kompakte Baugröße stumpfe und glänzende Oberflächen für Metall- und Kunststoffoberflächen 360° Mantelprüfung für Erkennung von Dopplungen, Rissen und Zinkabplatzern Deckel und Beschnitt (optional) bis 100 Teile/min für matte und spiegelnde Teile Ø 30-120 mm, bis 110 mm hoch geringer Platzbedarf: 1,2 m x 1,6 m x 1,6 m (B x L x H) INDUSTRIELLE BILDVERARBEITUNG AUS OFFENBURG Die Zeilekamera verfügt über einen quadlinearen Hochgeschwindigkeits-CMOS-Farbzeilensensor und bietet eine „echte“ RGB-Farbwiedergabe mit voller Auflösung Omni Control Prüfsysteme GmbH In der Spöck 10 77656 Offenburg, Germany Tel. +49 781 9914-12 Fax +49 781 9914-11 mail@omni-control.de www.omni-control.de

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