Dank der ständigen Weiterentwicklung der Digitalkamera- und Bildsensortechnologien sowie schnellerer Datenübertragungsschnittstellen und fortschrittlicher Bildverarbeitungsalgorithmen werden automatische Bildverarbeitungsprüfsysteme immer ausgefeilter und effizienter.
Diese technologischen Verbesserungen haben den Fertigungsunternehmen die Möglichkeit gegeben, die Produktionsprozesse zu beschleunigen und damit die Fertigungseffizienz und den Produktionsertrag zu steigern. Gleichzeitig haben die Fortschritte in der Kameratechnologie bessere Qualitätsprüfungsroutinen in der gesamten Fertigungslinie ermöglicht, was zu einer höheren Qualität der Endprodukte führt.
Die am weitesten verbreitete Bildverarbeitungstechnik in Bildverarbeitungssystemen sind nach wie vor Industriekameras mit Farb- und Monochrom-CMOS-Sensoren, die sichtbares Licht im elektromagnetischen Bereich von etwa 400 nm bis 700 nm erkennen. In den letzten Jahren hat die Bildverarbeitungsindustrie jedoch ein wachsendes Interesse an Industriekameras gezeigt, die in der Lage sind, Photonen jenseits des sichtbaren Lichtspektrums zu erkennen, z. B. Kameras mit Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs)-Sensortechnologie, die kurzwellige Infrarotwellen (SWIR) erkennen können (~1050 nm bis ~2500 nm).
Dies macht die SWIR-Bildgebung für Anwendungen wie die Inspektion von Obst und Gemüse nützlich, da frühe Fäulnis und Druckstellen (typischerweise Bereiche mit höherem Wassergehalt) im SWIR-Lichtspektrum deutlicher zu erkennen sind, da sie auf den Kamerabildern als Bereiche mit höherem Kontrast erscheinen. Dadurch können Artikel mit diesen Mängeln leichter identifiziert und vor dem Verpacken vom Förderband entfernt werden.
Eine weitere Anwendung, bei der die SWIR-Bildgebung ihre Stärke zeigt, ist die Erkennung von Fremdkörpern. Während der Lebensmittelverarbeitung beispielsweise müssen Gegenstände wie Steine, Metall und Plastik erkannt und vor der Weiterverarbeitung effizient entfernt werden. Bei der Masseninspektion von frischem Gemüse können Fremdkörper mit Farbbildern aus sichtbarem Licht schwer zu erkennen sein. Auf SWIR-Bildern erscheinen sie jedoch als dunklere Objekte im Vergleich zu den Lebensmitteln und können daher von den Software-Algorithmen erkannt und durch den Trennmechanismus auf dem Förderband entfernt werden.
Da SWIR-Licht auch durch undurchsichtiges Plastik und Glas ”hindurchsehen” kann, lässt sich diese Technik auch zur Kontrolle von Verunreinigungen in Verpackungen und Behältern sowie zur Überprüfung der korrekten Menge des Inhalts oder der Füllstände von Flüssigkeiten oder Pulver einsetzen.
Mit der neuen R-G-B-SWIR-Zeilenkamera (SW-4010Q-MCL) ist es möglich, z. B. die Qualität und Vollständigkeit der Außenseite eines Lebensmittelbehälters zu prüfen und gleichzeitig einen Blick auf den Inhalt zu werfen.
In Inspektionsstationen, die die Qualität von Halbleitern überprüfen, kann SWIR helfen, Defekte auf der Oberfläche und unter der Oberfläche von Siliziumwafern zu finden, da SWIR-Licht durch Silizium "hindurchsehen" kann.
Bei Anwendungen wie der Textil- und Holzinspektion kann die SWIR-Bildgebung eingesetzt werden, um zu prüfen, ob gefärbte Textilien trocken genug für die Weiterverarbeitung sind oder ob geschnittenes Holz versteckte Mängel aufweist. Weitere Anwendungen sind die Müllsortierung verschiedener Kunststoffarten, die Sortierung von Mineralien, die Inspektion von Batterien sowie land- und forstwirtschaftliche Anwendungen
Auch wenn SWIR-Kameras den Weg zu mehr Effizienz im Inspektionsprozess ebnen können, benötigen viele Bildverarbeitungsanwendungen immer noch Kameras, die mit normalem sichtbarem Licht arbeiten, um Größe und Form zu prüfen, Farbnuancen von Objekten zu analysieren oder die Farbe von Etiketten oder anderen Aufdrucken zu kontrollieren. Daher kann die SWIR-Bildgebung als eine gute Ergänzung zu den normalen Prüfroutinen mit sichtbaren Lichtwellen betrachtet werden. Inzwischen werden in vielen Anwendungen sowohl sichtbare als auch nicht sichtbare Bildgebungsverfahren in derselben Fertigungslinie benötigt, um die Anforderungen an die Qualitätsprüfung zu erfüllen.
Traditionell wurden Prüfstationen für sichtbares Licht und SWIR- oder NIR-Licht als separate Prüfschritte in die Fertigungslinie integriert, wobei separate Kameras, Beleuchtungen, Objektive und Befestigungen die Einrichtung komplexer und teurer machten.
Der Industriekamerahersteller JAI hat deshalb eine neue Multisensor-Kameratechnologie auf den Markt gebracht, die es ermöglicht, mit nur einer einzigen Kamera gleichzeitig Bilder von sichtbarem und SWIR-Licht aufzunehmen.
Das neueste Produkt von JAI ist eine Farbzeilenkamera der Sweep+-Serie, die drei CMOS-Zeilensensoren mit einer Auflösung von jeweils 4.096 Pixeln sowie einen zusätzlichen InGaAs-Sensor mit einer Auflösung von 1.024 Pixeln pro Zeile integriert.
Eine neue Multi-Sensor-Zeilenkamera (SW-4010Q-MCL) von JAI erfasst gleichzeitig rotes, grünes und blaues sichtbares Licht über drei separate CMOS-Sensoren (400 bis 700 nm) sowie SWIR-Licht (~800 bis ~1700 nm) über einen vierten Sensor auf Basis der InGaAs-Technologie.
Mit nur einer Inspektionsstation ist es dann möglich, Bilddaten für die Überprüfung sehr feiner Farbnuancen zu liefern und gleichzeitig eine bessere Methode zur Lokalisierung versteckter Defekte oder unerwünschter Objekte über die SWIR-Bilddaten zu bieten.
Die neue Zeilenkamera verfügt über eine Reihe fortschrittlicher Funktionen, wie z. B. eine integrierte Farbraumkonvertierung, die die RGB-Ausgabe in spezifische Farbräume wie HSI, CIE XYZ, sRGB und Adobe RGB umwandeln kann. Zur Verbesserung der Bildhelligkeit und Farbbalance ist es möglich, die Belichtungszeit für R-G-B- und SWIR-Kanäle individuell einzustellen und so die Lichtakkumulationszeit für die verschiedenen Wellenbereiche zu erhöhen. Auch die analoge und digitale Verstärkung kann für die vier Kanäle individuell eingestellt werden. Die maximale Zeilenrate für die R-G-B-Kanäle beträgt bei einer Auflösung von 4096 Pixeln 20 kHz und für den SWIR-Kanal 39 kHz bei einer Auflösung von 1024 Pixeln. Die Basispixelgröße beträgt 7,5 x 7,5 µm für die R-G-B-Kanäle und 25 x 25 µm für den SWIR-Kanal.
Um das Sichtfeld (FOV) und die Zeilenrate der R-G-B- und SWIR-Sensoren zu synchronisieren, verfügt die Kamera über eine spezielle Pixel-Reskalierungsfunktion namens Xscale. Durch die Verwendung der Xscale-Funktion zur Anpassung der Pixelgröße der RGB-Sensoren (in Kombination mit den Region-of-Interest-Einstellungen) wird die Sensorbreite der RGB-Sensoren von 30,72 mm auf 25,6 mm verringert, was der Breite des SWIR-Sensors entspricht. Gleichzeitig steigen die R-G-B-Scanraten von 20 kHz auf 39 kHz, was der SWIR-Scanrate entspricht.
Dieses kostenlose Whitepaper beschreibt, wie die SWIR-Bildgebung die Effizienz von Inspektionssystemen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verbessern kann. (The White Paper is provided in English)Weitere Informationen über die R-B-G-SWIR Zeilenkamera:
Weitere Informationen über die Sweep+ SW-4010Q-MCL Zeilenkamerafinden Sie auf der Produktseite.
