Kỹ thuật & Công nghệ

Hiểu các nguyên tắc cơ bản của máy ảnh quét dòng

Tiến sĩ Klaus Riemer, Giám đốc sản phẩm, Chromasens GmbH So với việc kiểm tra thủ công, hệ thống thị giác máy triển khai máy ảnh quét khu vực cung cấp độ chính xác được cải thiện và tính nhất quán cao hơn nhiều, ngoài ra chúng hoạt động không ngừng nghỉ mà không bị mệt mỏi hay yêu cầu phải trả lương. Tuy nhiên, đối với tất cả các lợi thế của chúng, có những hạn chế đối với máy ảnh quét khu vực trong các nhiệm vụ thị giác máy khó khăn hơn. Ví dụ, khi một đối tượng đang được kiểm tra có kích thước lớn, di chuyển liên tục hoặc tác vụ chụp ảnh đòi hỏi độ phân giải cực cao mà không bị nhòe, máy ảnh quét đường là lựa chọn tốt hơn nhiều. Có sự khác biệt chính giữa máy ảnh quét vùng và máy ảnh quét dòng. Quan trọng nhất là hình ảnh được thu nhận như thế nào. Không giống như máy ảnh quét vùng chụp toàn bộ đối tượng trong một khung hình 4: 3, máy ảnh quét dòng sử dụng một hàng pixel nhạy sáng duy nhất để hình ảnh trên vật thể, từng dòng một, kèm theo ánh sáng cường độ cao. Một hình ảnh hoàn chỉnh được xây dựng bằng cách ghép các đường lại với nhau, giống như một máy fax. Cách hoạt động của Máy ảnh quét dòng Đây là cách nó hoạt động: Mỗi pixel tích lũy các điện tích quang điện liên quan đến ánh sáng từ đối tượng được chụp ảnh trên pixel đó. Tiếp theo, một thanh ghi đọc sẽ khuếch đại, điều chỉnh và số hóa các khoản phí, tất cả trong khi hàng pixel tiếp theo được hiển thị. Thời gian từ khi phơi sáng đến khi đọc là “tốc độ dòng” được tính bằng kilohertz (kHz). Để tránh lấy mẫu dưới hoặc lấy mẫu quá mức đối tượng, một bộ mã hóa có thể lập trình được kết nối với băng tải hoặc web, đo tốc độ và đồng bộ hóa chính xác máy ảnh theo xung. Sau đó, mỗi dòng của hình ảnh được ghép lại với nhau theo một số lượng định trước để tạo thành một khung phân tích bằng phần mềm. Bất kỳ khiếm khuyết nào được tìm thấy đều được ghi lại trên bản đồ cuộn. Do thiết kế này, máy ảnh quét dòng xuất sắc trong việc tạo ra hình ảnh phẳng của các vật thể hình trụ, khi chụp các vật thể rất lớn với độ phân giải cao hoặc tạo ra hình ảnh của các vật thể chuyển động liên tục qua một điểm cố định, chẳng hạn như các bộ phận trên dây chuyền lắp ráp hoặc Ứng dụng web. Các ứng dụng kiểm tra quét đường rất rộng và đa dạng bao gồm giấy, cuộn kim loại, sợi, kiểm tra đường sắt, pin mặt trời, hàng dệt, dược phẩm, chất bán dẫn và phân loại bưu chính. Thêm vào đó, máy ảnh có thể phù hợp với không gian chật hẹp, chẳng hạn như khi nó phải nhìn xuyên qua các con lăn trên băng tải để thu được hình ảnh của phần dưới cùng của một bộ phận. Giống như hầu hết các công nghệ tiên tiến, máy ảnh quét dòng không ngừng cải thiện về hiệu suất trong khi ngày càng trở nên giá cả phải chăng hơn. Các nhà sản xuất đang sản xuất máy ảnh có pixel ngày càng nhỏ và tốc độ dòng cao hơn để phát hiện kích thước lỗi bề mặt ngày càng nhỏ của PCB và màn hình tinh thể lỏng, trong số những loại khác. Các xu hướng bổ sung cần theo dõi được khám phá trong bài viết này, đặc biệt là việc sử dụng máy ảnh quét dòng trong kiểm tra màu sắc và trong lớp ứng dụng 3D mới nổi. Kiểm tra màu sắc Trong nhiều năm, máy ảnh quét dòng đã được triển khai để kiểm tra màu sắc, một xu hướng chủ yếu do nhu cầu của ngành in ấn. Ba phương pháp trong máy ảnh màu quét dòng là thiết kế song tuyến, ba tuyến và ba chip. Phương pháp tiếp cận ba tuyến – sử dụng ba mảng tuyến tính (kênh RGB) được chế tạo trên khuôn silicon – đã nhận được sự ủng hộ mạnh mẽ của các chuyên gia hình ảnh vì nó ghi lại các chi tiết với độ trung thực màu sắc vượt trội. Công nghệ Trilinear cũng đơn giản hóa thiết kế máy ảnh bằng cách yêu cầu kích thước nhỏ hơn và nó giảm chi phí cấp hệ thống với việc sử dụng các ống kính tiêu chuẩn. Ngược lại, song tuyến có độ phân giải kém hơn ba tuyến mặc dù có cùng số điểm ảnh. Ngoài ra, thông tin màu song tuyến phải được nội suy vì không bao giờ pixel được hình ảnh trong cả 3 màu. Cách tiếp cận Trilinear yêu cầu mỗi trong số ba mảng bắt một màu cơ bản (RGB) đồng thời nhưng ở các vị trí hơi khác nhau trên một đối tượng chuyển động. Để tạo thành một hình ảnh đầy đủ màu sắc, ba kênh màu được kết hợp. Để bù đắp cho sự phân tách, được gọi là hiệu chỉnh không gian, mảng thứ nhất và thứ hai được đệm để khớp với mảng thứ ba. Nhược điểm của việc chỉ sử dụng ba kênh là độ phân giải quang phổ tương đối thấp. Các nhà sản xuất đã cải thiện hiệu suất với các phương pháp đo màu dựa trên hình ảnh cho phép đo màu trên toàn bộ bề mặt của vật thể chứ không chỉ ở một điểm – như đối với các máy quang phổ truyền thống. Để kiểm tra màu sắc thực sự chính xác, phương pháp này là cần thiết và đối với điều đó, cần phải có các máy ảnh quét dòng có nhiều hơn ba kênh màu. Nói chung, việc tăng các kênh màu làm giảm độ phân giải của các camera quét vùng. Tuy nhiên, máy ảnh quét dòng vẫn cung cấp độ phân giải không gian cao mặc dù đã thêm độ phân giải quang phổ cao bằng cách sử dụng nhiều kênh màu hơn. Tại Chromasens, chúng tôi đã thiết kế máy ảnh quét vạch đa phổ truePIXA của mình, có 6 – 12 kênh quang phổ và vẫn ở trong 360 – 960 phạm vi nm, cho các ứng dụng này. Công nghệ hình ảnh đa kênh cải tiến cung cấp đầu ra quang phổ và màu sắc chính xác trên các chất nền khác nhau như giấy, màng nhựagiấy bạc. Thông tin màu sắc chính xác dựa trên hình ảnh không chỉ đòi hỏi nhiều kênh màu hơn mà còn phải có độ chiếu sáng đồng nhất và phần mềm để hiệu chỉnh màu sắc và tính toán màu sắc. Nhận tất cả các thành phần từ một nhà cung cấp đảm bảo rằng các thành phần phù hợp với nhau và thực hiện các bước đầu tiên dễ dàng hơn. Cần lưu ý rằng trong một số ứng dụng nhất định, hình ảnh màu không còn đủ nữa, chẳng hạn như trong kiểm tra tiền tệ, sản xuất điện tử và phân loại thực phẩm, trong đó các bước sóng cụ thể được yêu cầu nằm ngoài quang phổ khả kiến ​​hoặc nằm giữa các dải màu RGB. Hình ảnh đa kính cũng có thể được sử dụng để kiểm tra trong IR gần – lên đến 960 nm. Kiểm tra quét đường 3D Trong những năm qua, các nhà sản xuất máy ảnh đã giới thiệu nhiều phương pháp 3D khác nhau, từ phân tích thời gian bay và tương quan mẫu chiếu, đến phép đo đường / tam giác bằng laser và công nghệ lập thể. Trong số này, lập thể hoặc chỉ là “âm thanh nổi” gần đây đã đạt được sức hút mạnh mẽ hơn, đặc biệt là trong ngành công nghiệp bán dẫn. Các thành phần, chẳng hạn như bi hàn hoặc chân được sử dụng để kết nối tấm và khuôn, phải được kiểm tra bằng phương pháp 3D để đo chính xác chiều cao tới hạn của các phần tử dẫn điện. Kích thước điển hình của các thành phần như vậy hiện khoảng 50 µm, yêu cầu độ phân giải quang học cao của hệ thống kiểm tra trong phạm vi ít nhất là 5 µm. Hoạt động cơ bản đằng sau 3D âm thanh nổi tương tự như hoạt động của thị giác con người: hai cảm biến – trong trường hợp này là cảm biến tuyến tính – trong cấu hình âm thanh nổi được kết hợp thành một máy ảnh, dẫn đến việc thu được hai hình ảnh của cùng một đối tượng từ các góc nhìn hơi khác nhau. Điều này đóng vai trò là cơ sở cho phép đo tam giác, liên quan đến một điểm đối tượng được chiếu trong cả hình ảnh nổi và hai điểm hình ảnh là vị trí của camera bên phải và bên trái.

  • Trang chủ
  • Công nghệ đóng gói
  • Back to top button