Warum Zeilenkameras?
Für den Einsatz von Zeilenkameras gibt es eine Vielzahl an Gründen: Als nahtloses Aufnahmeverfahren eignet es sich ideal zum Prüfen von längeren Objekten und Endlosmaterialien. Auch das Preis-Leistungs-Verhältnis spricht für den Einsatz von Zeilenkameras, wenn besonders hohe Auflösungen benötigt werden. Die Auflösungen reichen in X-Richtung bis 16384 Pixel, in Transportrichtung (fast) beliebig.
Typische Zeilenkamera-Applikationen:
Die Kamera nimmt immer nur eine Bildzeile in schneller Folge auf. Für eine zweidimensionale Bildaufnahme muss für die Inspektion eine Bewegung stattfinden: Entweder man bewegt das aufzunehmende Objekt mit Hilfe eines Förderbandes etc. ("Fax-Prinzip") oder man bewegt die Kamera über das stationäre Objekt ("Scanner-Prinzip").
Da das Bild in Y-Richtung durch die Bewegung des Bandes entsteht, ist es wichtig, dass diese Bewegung sehr gleichmäßig erfolgt. Technisch ist dies jedoch kaum realisierbar, so dass der Vorschub mit Hilfe eines Encoders synchronisiert wird, um Bildverzerrungen zu vermeiden.
Befinden sich einzelne Objekte auf einem Förderband, kann die Bildaufnahme zusätzlich ausgelöst werden: Eine Lichtschranke oder ein anderer Näherungsschalter gibt ein Signal an die Bildaufnahmehardware. Erst zu diesem Zeitpunkt werden die Linien aufgenommen bzw. übertragen und es kann vermieden werden, dass sich das zu prüfende Teil auf zwei eingezogene Bildblöcke verteilt.
Zeilenkameras können sehr schnell arbeiten (10-400 kHz), so dass sie bewegte Objekte ohne Bewegungsunschärfe aufnehmen können. Wegen der kurzen Belichtungszeit benötigen Zeilenkameras eine helle Zeilenbeleuchtung.
Klassische Zeilenkameras
Wie bei der 2D-Bildaufnahme benötigt eine klassische Zeilenkamera für eine korrekte Bildaufnahme ein Objektiv und eine (Zeilen-)Beleuchtung.
Für die Bildaufnahme stehen verschiedene Sensorvarianten zur Verfügung. In der Regel reicht eine Sensorzeile aus, um ein monochromes Bild zu erzeugen. Es können aber auch mehrere monchrome Sensorzeilen (Dual Line, Quad Line-Sensoren) eingesetzt werden, um das Bild mehrfach und damit heller aufzunehmen. Dadurch können die Anforderungen an die Beleuchtung reduziert werden.
Eine echte Besonderheit sind die TDI-Zeilenkameras mit bis zu 192 "Stages". Das Ergebnis ist eine extreme Lichtempfindlichkeit, aber auch eine Bildaufnahme aus leicht unterschiedlichen Winkeln, die weniger Probleme mit Reflexionen hat.
Die Pixel der Mehrzeilensensoren können auch mit Farbfiltern versehen werden. Auf diese Weise ist es möglich, Dual Line oder Tripple Line Farbsensoren für Farbinspektionen zu bauen. Quad-Line-Sensoren mit RGB + Infrarot werden auch für multispektrale Inspektionstechnologien verwendet.
Eine weitere Besonderheit stellen Zeilenkameras mit inGaAs-Detektoren dar, die echte SWIR-Applikationen, wie Verschmutzungserkennung auf Wafern, Hochtemperatur-Wärmebildinspektionen etc. ermöglichgen.
Compact Image Sensoren
Industrielle Compact Image Sensoren, auch Line Scan Bars oder Compact Image Sensoren genannt, nehmen die Bildinformation wie klassische Zeilenkameras auf. Sie belichten eine Zeile nach der anderen, während sich das Objekt relativ zur Kamera bewegt. Das Gerät hat jedoch feste Baulängen und wird in einem festen Arbeitsabstand montiert.
Ein wesentlicher Bestandteil des Compact Image Sensors ist das Sensor-Array, das aus vielen nebeneinander angeordneten Sensorelementen mit fester Breite besteht. Die Sensorpixel werden mit Hilfe von integrierten Optikelementen (GRIN-Zylinderstablinsen) belichtet. Diese ermöglichen eine verzerrungsfreie 1:1 Abbildung des Objektes auf dem Sensorarray.
Zusätzlich ist eine homogene LED-Beleuchtung direkt im Sensorgehäuse verbaut. Die Beleuchtung ist immer optimal auf den Sensor ausgerichtet, und eine aufwändige Kalibrierung externer Lichtquellen entfällt.
Vorteile von Line Scan Bars / Compact Image Sensoren:
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