Line Scan Bar für hohe Datenraten und geringen Montageaufwand

| Autor / Redakteur: Peter Stiefenhöfer * / Gerd Kucera

Bild 1: Prinzipieller Aufbau eines Bahninspektionssystems mit einer Zeilenkamera.
Bild 1: Prinzipieller Aufbau eines Bahninspektionssystems mit einer Zeilenkamera. (Bild: STEMMER IMAGING)

Durch Verwendung eines patentierten trilinearen CMOS-Farbsensors mit integrierter weißer LED-Beleuchtung lassen sich Bahnwaren mit einer Auflösung von 600 dpi in Farbe verzerrungsfrei prüfen.

Das Prinzip der zeilenweisen Bildaufnahme mit Zeilenkameras ist in der industriellen Produktionskontrolle gängige Technik; Endlosmaterialien oder Bahnware sind dafür bewährte Anwendungsbereiche. In der Regel erfordern die dazu eingesetzten Zeilenkamerasysteme eine zusätzliche Beleuchtungseinheit, die das Objekt mit intensivem Licht auf einem schmalen Streifen ausleuchtet, der von der Zeilenkamera aufgenommen wird. Diese Kameras besitzen ein eindimensionales Array aus strahlungsempfindlichen Fotodetektoren, die bewegte Objekte kontinuierlich mit hoher Zeilenfrequenz abtasten.

Die Bildsensoren von Zeilenkameras arbeiten typischerweise mit Auflösungen zwischen 512 und 16.384 Bildpunkten und Pixel-Kantenlängen von 7 µm, 10 µm und 14 µm. Bei sehr hohen Auflösungen kommen mit Rücksicht auf das später zu verwendende Objektiv auch Sensoren mit kleineren Pixeln zum Einsatz, da beispielsweise ein Sensor mit 8000 Pixeln und 10 µm Kantenlänge für eine verzeichnungsfreie Abbildung ein Objektiv mit mindestens 8 cm Bildkreisdurchmesser erfordert.

Die zu prüfenden Produkte werden in der Industrie oft auf linear bewegten Bändern durch die Fertigung transportiert. Häufig sind Zeilenkameras daher über oder unter diesen Bändern montiert, sodass die Zeilenkamera zeilenweise Bilder der bewegten Objekte aufnehmen kann. Diese Zeilen werden dann zu einem Gesamtbild aneinandergereiht, das für die Auswertung verwendet wird.

Der Ausgleich von Geschwindigkeitsunterschieden des Prüfobjekts, die z.B. durch Schwankungen im Antrieb eines Transportbandes entstehen können, wird in der Praxis meist durch Inkrementalgeber erreicht, die mit der Antriebseinheit gekoppelt sind.

Aufgrund der optischen Eigenschaften von Zeilenkameras ist immer ein gewisser Mindestabstand zwischen Kamera und den Prüfobjekten erforderlich, der nicht selten in der Größenordnung von 2 m liegt. Wegen des zur Verfügung stehenden Bauraums oder wegen möglichen Vibrationen an der Anlage kann dies in gewissen Fällen problematisch sein.

Die Line Scan Bars als Zeilenkamera-Alternative

Die in Büro-Geräten wie Kopierern eingesetzte Scan-Technik war für industrielle Aufgaben weder robust noch schnell genug. Doch mit der Entwicklung der so genannten Line Scan Bars hat Mitsubishi Electric Europe vor einigen Jahren bereits eine praktikable und kosteneffektive Alternative zu Zeilenkameras geschaffen, die exklusiv über STEMMER IMAGING erhältlich ist.

Die prinzipielle Funktionsweise dieser Produkte ähnelt dabei der eines Scanners. Bei den Line Scan Bars erfolgt die Bildaufnahme allerdings über eine doppelte Reihe von Stablinsen, die auf den integrierten CMOS-Sensor ausgerichtet sind.

Über jede einzelne Stablinse wird ein kleiner Bereich des Prüfobjekts aufgenommen. Aufgrund einer leichten Überlappung der einzelnen Bilder entsteht auf diese Weise über die gesamte Sensorlänge ein klares, scharfes, zeilenförmiges Bild mit einer maximalen Auflösung von 600 dpi.

Die Stablinsen sind auf einen optimierten Arbeitsabstand von 12 mm ausgelegt und lassen nur eine geringe Tiefenschärfe von +/- 0,5 mm zu. Diese Technologie eignet sich damit ausschließlich für Objekte, die eine Höhenabweichung von weniger als 1 mm aufweisen.

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