Digitale Zeilenkameras in der QS

Mit der Kameratypen L120, L130 und L150 wird eine Produktfamilie von digitalen Zeilenkameras vorgestellt, die den aktuellen Anforderungen genügen. Dies wird durch hohe Bildqualität auch bei hohen Datenraten und einem industriegerechten Design bis ins Detail, bei einem interessanten Preis erreicht.

An einem typischen Applikationsfeld, der Oberflächenkontrolle von optischen Daten-trägern wie CD, CD-ROM, CD-R und DVD, lassen sich die Vorzüge der neuen Kameras anschaulich aufzeigen. Verschiedene Kameravarianten der Produktfamilie sind verfügbar, so daß für jede Applikation die geeignete Zeilenkamera eingesetzt werden kann.

Die sonst baugleichen L120, L130 und L150 werden mit entweder 1024 oder 2048 Sensorelementen geliefert und operieren mit jeweils 20 MHz, 30 MHz und 50 MHz Bilddatenrate. Um das Interfacing an Framegrabber möglichst vieler Hersteller gewährleisten zu können, ist jede Zeilenkamera als single output oder dual output Version verfügbar. Die Bilddaten werden als 1 x 8 Bit oder 2 x 8 Bit Datenstrom über eine parallele RS-644 Schnittstelle ausgegeben. Bei Ausgabe von 2 x 8 Bit halbiert sich bei gleichbleibender Gesamtdatenrate die jeweilige Datenrate pro Ausgabekanal. Framegrabber müssen damit nur bis zur halben Kamerarate spezifiziert sein, um einen Anschluß zu ermöglichen. Ein einziges, externes Kontrollsignal kann nicht nur zur Bestimmung der Zeilenrate, sondern auch zur Steuerung der Belichtungszeit verwendet werden.

Für die Produktion von optischen Datenträgern wie Audio-CDs, CD-ROMs, CD-Rs oder die neuen DVDs sind mehrere Produktionsschritte erforderlich.

Die Rohlinge werden aus Polycarbonat gefertigt, mit Aluminium beschichtet und zum Schutz mit einer Lackschicht überzogen. Während eines jeden Produktionsschrittes können Fehler auftreten, welche die Funktionalität der Datenträger einschränken oder gänzlich aufheben. Hohe Qualitätsansprüche sowie der Zwang zu immer wirtschaftlicheren Produktionen – es ist unwirtschaftlich ein bereits defektes Produkt in weiteren Produktionsschritten teuer zu veredeln – machen den Einsatz von sog. Scannern zur 100 %-Prüfung der Oberfläche erforderlich. Für die Prüfung wird die Datenträgerseite einer Disk radial Linie für Linie vollständig abgescannt. Die Bilddaten werden einer Recheneinheit zugeführt, auf der Bildverarbeitungsalgorithmen ablaufen, die Oberflächenfehler detektieren, klassifizieren und für den Operator in einem realen Grauwertbild darstellen. Dabei müssen die gewonnenen Informationen so präzise und komplex sein, daß nicht nur eine Sortierung nach o.k. und nicht o.k. der CDs möglich ist, sondern sie die Basis für die Optimierung des Fertigungsprozesses bilden können.

Die digitale Zeilenkamera L 150 ist eine Schlüsselkomponente des Scanners. Die Summe der Kameraeigenschaften macht den Scanner zu einen besonders leistungsfähigen Inline Inspektionssystem.

Der Bedarf an hohen Datenraten erklärt sich aus den kurzen Zykluszeiten der CD-Produktionslinien. Für das Scannen der CD-Oberfläche verbleibt nur wenig Zeit. Des weiteren muß die CD-Oberfläche mit hoher Ortsauf-lösung abgetastet werden, um auch noch sehr kleine Herstellungsfehler zuverlässig zu erkennen. Beide Aspekte machen schnelle Zeilenkameras mit Datenraten von ca. 50 MHz wie die L150 erforderlich.

Die Kamera zeigt eine hohe Empfindlichkeit und gleichzeitig geringes Rauschen und qualifiziert sich damit für die Verwendung im Scanner. Diese Eigenschaften sind für eine sichere Fehlerdetektion erforderlich. Die zu prüfende Oberfläche einer CD wird als helle, homogene Fläche aufgenommen. Herstellungsfehler wie Kratzer, Blasen oder Dellen zeichnen sich im Bild als dunklere oder hellere Flächen – manchmal auch nur sehr schwach – ab. Um eine zuverlässige Fehlerdetektion zu gewährleisten, müssen sich die Fehlerstellen im Scannerbild deutlich abzeichnen. Dafür muß die verwendete Zeilenkamera sowohl eine hohe Empfindlichkeit besitzen (wenig Zeit für das Scannen der einzelnen Zeilen), als auch ein geringes Eigenrauschen bei Helligkeit aufweisen (Fehlerstellen dürfen nicht durch Rauschen im Bild überdeckt werden).

Gain und Offset der L150 lassen sich leicht durch Programmierung über eine serielle Standardschnittstelle RS-232 modifizieren. Audio-CDs, CD-ROMs, CD-Rs und DVDs zeigen unterschiedliche Reflektivitäten. Bei gleicher Beleuchtung sind die Bilder ihrer fehlerfreien Oberflächen unterschiedlich hell. Des weiteren können Variationen im optischen Aufbau die Grundhelligkeit des aufgenommenen Bildes beeinflussen. Um dennoch für jede Situation eine optimale Aussteuerung des Bildsignals zu erreichen und damit eine sichere Fehlerdetektion zu gewährleisten, müssen Gain und Offset wie bei der L150 einstellbar sein.

Die L150 zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Bauform aus, so fällt die Integra-tion in jedes System sehr leicht. Durch die Verwendung dieser Kamera ließ sich die Baugröße des Scanners signifikant reduzieren. Eine Integration des Scanners in die CD-Produktionslinien läßt sich dadurch problemlos gestalten. Des weiteren sorgt das Design mit mehreren Befestigungsmöglichkeiten auf präzise gefertigten Planflächen auf allen vier Seiten sowie der Vorderseite der Kamera für eine sehr einfache und schnelle Montage. Die L150 benötigt lediglich eine Spannungsversorgung von 24V. Dies ist in Produktionsumgebungen leicht zur Verfügung zu stellen. An die Konstanz der Versorgungsspannung werden keine besonderen Anforderungen gestellt.

Die geschilderten Eigenschaften der L150 gelten auch für die anderen Zeilenkameras der Produktfamilie. Diese Eigenschaften lassen sich in einer Vielzahl industrieller Anwendungen in ähnlicher Weise wie im beschriebenen CD-Scanner ausnutzen.

Weitere Informationen A QE 410