Tradycyjny skaner przechwytuje obraz linijka po linijce (line-by-line) a następnie poszczególne fragmenty obrazu łączone są w całość. W aplikacjach przemysłowych, zasada line-by-line jest stosowana od wielu lat w skanowaniu z użyciem kamer linijkowych. Technologia ta jest idealnie dopasowana do kontroli płaskich powierzchni, wykrywania uszkodzeń i wad produkcyjnych ciągłych materiałów.
Systemy wykorzystujące kamery linijkowe zwykle wymagają zastosowania dodatkowej jednostki oświetleniowej o dużym natężeniu i wąskim kształcie oświetlanego pola. Kamery linijkowe wykorzystywane do skanowania z dużą częstotliwością poruszających się obiektów, posiadają pojedynczą (lub kilkukrotną) linijkę światłoczułych pikseli. Standardowa rozdzielczość takich kamer wynosi od 512 do 16 384 pikseli (o długości krawędzi piksela 7 μm, 10 μm i 14 μm). W celu osiągnięcia większej rozdzielczości projektuje się matryce z pikselami o mniejszych wymiarach przy założeniu konieczności korzystania z dodatkowych elementów optycznych. Przykładowo czujnik zawierający 8 000 pikseli w rozmiarze 10 x 10 μm będzie poprawnie pracował z obiektywem o średnicy co najmniej 8 cm.
| Rys. 1 Zasada działania systemu wizyjnego z kamerą linijkową |
W przemysłowych procesach produkcyjnych obiekty poddane inspekcji często transportowane są na przenośnikach taśmowych. Kamery linijkowe montowane są nad lub pod taśmą przenośnika, tak aby możliwe było uchwycenie obrazu poruszającego się obiektu line-by-line. Kolejne linie składane są w ciągły obraz na bieżąco analizowany z wykorzystaniem oprogramowania do przetwarzania i analizy obrazów.
W zastosowaniach praktycznych, stosuje się dodatkowo enkodery inkrementalne sprzężone z jednostką napędową przenośnika po to, by kompensować różnice w prędkości transportowania obiektu poddanego kontroli (co może być wynikiem zakłóceń w pracy silnika przenośnika). Kamery linijkowe muszą być tak zainstalowane, by spełniać podstawowe parametry co do minimalnej odległości między kamerą a obiektem badanym, która może wynosić nawet 2 metry. Może to być problematyczne w przypadku aplikacji charakteryzujących się ograniczoną przestrzenią lub występowaniem potencjalnych wibracji.
Line Scan Bars – atrakcyjna alternatywa dla kamer linijkowych
Technologia stosowana w skanerach biurowych nie jest wytrzymała, ani też wystarczająco szybka aby mogła być wykorzystana w zastosowaniach przemysłowych. Kilka lat temu, wraz z rozwojem Line Scan Bars, firma Mitsubishi Electric Europe stworzyła wykonalną i opłacalną alternatywę dla kamer linijkowych, której wyłącznym dystrybutorem jest STEMMER IMAGING.
Skanery The Line Scan Bars działają podobnie jak skanery biurkowe, jednakże obraz jest przechwytywany przez dwa rzędy soczewek typu gradient index rod lenses połączonych z kolorowym 3-liniowym przetwornikiem CMOS.
Każda z soczewek przechwytuje obraz bardzo małego fragmentu powierzchni. Pozyskane zdjęcia częściowo się pokrywają, dlatego możliwe jest stworzenie wyraźnego, złożonego obrazu wzdłuż wąskiej linii czujnika o rozdzielczości 600 dpi. Soczewki zaprojektowane są do pracy na dystansie 12 mm i umożliwiają uzyskanie głębi obrazu ok. +/- 0.5 mm. Metoda ta zatem nadaje się do kontroli obiektów, dla których odchyłki w wysokości powierzchni mieszczą się w zakresie do 1 mm.
| Rys. 2 Soczewki typu rod w skanerze Line Scan Bar - krótszy dystans pracy w porównaniu do kamer linijkowych |
Przewaga nad kamerami linijkowymi
W porównaniu do kamer linijkowych - czujnik Contact Image Sensor jest bardzo łatwy w instalacji i utrzymaniu w miejscu bezpośrednio nad badaną powierzchnią na stałej wysokości 12 mm, dodatkowo zawiera wbudowany oświetlacz led i elementy optyczne. Instalacja takiego czujnika trwa kilka minut. Ułatwia to regulacja bezpośrednio nad obiektem badanym. Co więcej, czujnik umożliwia szybką akwizycję obrazu niemal bez zniekształceń, ponieważ linia czujnika mapuje obiekt w skali 1:1. Jedną z głównych zalet sensora jest kompaktowa i łatwa w instalacji obudowa, która została delikatnie zmodyfikowana w nowej generacji CIS oraz przystosowana do wymagań przemysłu drukarskiego. W celu skanowania ciągłego materiału o dużej szerokości stosuje się kilka sensorów ustawionych obok siebie.
| Rys. 3 Kompaktowy design dzięki umieszczeniu soczewek w silikonowym wypełnieniu. Soczewki mapują obraz w skali 1:1 co umożliwia akwizycję bardzo wysokiej jakości obrazu bez zniekształceń |
Prędkość nawet do 1 200 m na sekundę
Skaner The Line Scan Bar od Mitsubishi Electric’s jest dostępny w dwóch seriach:
- seria AX - modele o różnej szerokości 309 mm, 617 mm i 926 mm z rozdzielczością do 21,888 pikseli. Wyposażone w interfejs CameraLink mogą zostać idealnie dopasowane do szerokiego zakresu aplikacji.
- seria CX - dedykowana do bardzo wysokich prędkości inspekcji. Modele dostępne są w różnych rozmiarach: 367 mm, 587 mm i 807 mm z rozdzielczością do 19 008 pikseli. Umożliwiają bardzo szybką transmisję danych z wykorzystaniem jednego lub dwóch interfejsów CoaxPress w zależności od rozmiaru sensora. Niezawodna inspekcja powierzchni może być wykonywana nawet z bardzo wysokimi prędkością - skaner zapewnia pozyskanie obrazów o bardzo wysokiej jakości, bez zniekształceń do krawędzi skanowanego materiału. Skaner pracuje z prędkością do 138 m na minutę z maksymalną rozdzielczością 600 dpi. Powszechnie stosowana rozdzielczość 300 dpi pozwala na inspekcje do 450 m na minutę, natomiast rozdzielczość 150 dpi to skanowanie z prędkością nawet 1 200 m na min!
| Rys. 4 The Mitsubishi Electric Line Scan Bar - wykonalna i opłacalna alternatywa dla kamer linijkowych |
Obszary zastosowań skanera Line Scan Bar
Typowe obszary zastosowań dla Line Scan Bar to przemysł drukarski i produkcja cienkich materiałów warstwowych, gdzie stosowany jest do detekcji powierzchni papieru, plastiku, materiałów, banknotów czy nawet hologramów. Szwajcarska firma Hunkeler AG - jeden ze światowych liderów w przemyśle papierniczym od lat z sukcesem korzysta z technologii Mitsubishi Electric Line Scan Bar. Dodatkowo, produkt Mitsubishi Electric jest również wykorzystywany do inspekcji powierzchni drewnianych, szklanych czy innych. Może również służyć jako serce automatycznego systemu optycznego do badania obwodów elektrycznych. Inne ciekawe obszary zastosowań to inspekcja płytek PCB w przemyśle elektronicznym lub inspekcja powłok podczas produkcji ogniw fotowoltanicznych. Przemysł opakowań jest wschodzącym rynkiem dla Line Scan Bar: podstawowe materiały używane do pakowania są często materiałami ciągłymi, jak arkusze papieru czy aluminium.
Idealne rozwiązania dla aplikacji wizyjnych od STEMMER IMAGING
The Mitsubishi Electric Line Scan Bar jest jednym z wielu ciekawych pod względem technologicznym produktów dystrybuowanych przez firmę
STEMMER IMAGING - największego europejskiego dostawcy technologii stosowanych w wizji maszynowej, oferującego szeroki asortyment produktów, komponentów i kompleksowych rozwiązań.
