Die Inspektion von Endlosmaterialien wie Stoff-, Papier- oder Folienrollen mittels Bildverarbeitung ist oft nicht einfach. In der Textilindustrie, der Druckinspektion und der Verpackungsherstellung aber auch bei der Sortierung von frei fallenden Produkten wie etwa Briefen und der Inspektion direkt am Förderband müssen unter sehr hohen Geschwindigkeiten hochauflösende Bilder in bester Qualität aufgenommen werden. Gegenüber klassischen Matrixkameras eignen sich Zeilenkameras hervorragend für diese Aufgabe und sind zudem eine sehr kostengünstige Lösung. Zeilenkameras liefern große, fehlerfreie Bilder für die präzise „Endlos“-Inspektion in den unterschiedlichsten Branchen und Applikationen.
Dies liegt am Einsatz eines linearen Sensors, bei dem alle Pixel in einer Reihe angeordnet sind. Die einzelnen Pixel sammeln während der Belichtungszeit der Kamera photoelektrische Ladungen und bewegen diese in ein Ausleseregister, wo sie – zusammengesetzt und digitalisiert – den Output der Kamera bilden. Die damit erreichte Zeilenrate, ausgedrückt in Kilohertz, stellt die maximale Geschwindigkeit dar, mit der belichtet und ausgelesen werden kann. Die Kamera liefert sehr hohe Zeilenraten und kann sich schnell bewegende Objekte optimal erfassen.
Durch eine Bewegung der Kamera relativ zum Objekt können ebenfalls zweidimensionale Bilder generiert werden. Damit werden allerdings meist niedrige Datenraten erreicht, selbst wenn die Kamera bei maximaler Geschwindigkeit von bis zu 200 kHz scannt. Die Höhe der maximalen Auflösung wird von der exakten Ausrichtung der Kamera beeinflusst. Um die Bildauflösung über das gesamte Sichtfeld zu erhöhen, werden daher häufig mehrere Kameras eingesetzt und synchronisiert. Zeilenkameras mit einer sehr hohen Zeilenfrequenz erreichen beispielsweise viel höhere Bildraten und Bandgeschwindigkeiten im Vergleich zu einer Flächenkamera mit der gleichen Breite. Die hohe horizontale Auflösung ist ein weiterer Grund dafür, warum Zeilenkameras in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt werden.
Die folgenden fünf Anwendungen sind Praxisbeispiele für den Einsatz von Zeilenkameras:
Oberflächen-Inspektion
Bei der Prüfung von Oberflächen müssen Objekte mit hoher Geschwindigkeit analysiert werden. Objekte passieren Förderbänder mit Laufgeschwindigkeiten von bis zu 500 Metern pro Minute. Um mögliche Fehler und Unvollkommenheiten im Material korrekt zu erfassen, sind Zeilenkameras eine sehr zuverlässige Option. Tote Pixel, die bei Flächenkameras digital korrigiert werden müssten, kommen bei Zeilenkameras nicht vor, die Inspektion wird dadurch noch exakter. Außerdem können Zeilenkameras bei der Qualitätsprüfung von Oberflächen eine Vielzahl unterschiedlicher Defekte wie Material- oder mechanische Fehler, Reflexionen oder auch Verschmutzungen erkennen. Die Prüfung auf Materialschäden oder die Inspektion von Kanten kann sehr unkompliziert durchgeführt werden. Zeilenkameras eignen sich für diese Aufgaben sehr gut, da sie sehr gleichmäßige Bilder in gleichbleibender Qualität aufnehmen, ohne dass das Bild vorverarbeitet werden muss. Dies führt zu einer einfachen und eindeutigeren Fehlererkennung.
Medizinische Anwendungen
In der Medizin können Zeilenkameras beispielsweise bei der Überwachung von Bakterienkulturen helfen. Die Wachstumsraten der Bakterien werden alle 30 Minuten automatisch gespeichert. Der größte Vorteil der Zeilentechnologie liegt im Einsatz von trilinearen Scansensoren (speziellen Sensoren für die Farbbildaufnahme), die eine 24-Bit-Farbreproduktion in der Diagnostik ermöglichen und gleichzeitig die kontinuierlichen Bewegungen der Bakterien überwachen.
Prüfung der Druckqualität
Bei der Prüfung von Druckerzeugnissen kommt es vor allem auf eine gleichbleibende Bildqualität über das gesamte Sichtfeld an, welche nur Zeilenkameras in diesem Umfang liefern. Dadurch wird eine perfekte Dokumentation sowie eine produktive und effiziente Druckprüfung sichergestellt. Die Vorteile von Zeilenkameras in der Prüfung von Druckmaterial zeigen sich daran, dass sie deutlich mehr erfassen als das menschliche Auge. Zeilenkameras werden daher auch zur Gewährleistung der Produktsicherheit und zur Ausschussminimierung eingesetzt.
Kontrolle von Lebensmitteln
Für eine hohe Analysequalität werden in der Kontrolle von Lebensmitteln eigentlich Matrixkameras in Monochrom- oder Infrarotausführung eingesetzt. Aber auch die Geschwindigkeit ist extrem wichtig. Daher eignen sich Zeilenkameras, um Ergebnisse mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung zu liefern und damit die Produktivität und Effizienz gegenüber einer manuellen Prüfung zu erhöhen. Doch Effizienz ist nicht der einzige Vorteil: Körner und Früchte können jetzt durch optische Größenbestimmung und Sortierung nach Farben kategorisiert werden, auch die Erkennung von äußeren Schäden ist möglich. Die Sortierung nach Farben kann etwa bei der Inspektion von Erdnüssen, Kaffeebohnen und sogar Melonen angewendet werden. Außerdem ist eine Sortierung nach verschiedenen Frucht-, Korn- oder Saatgutgrößen möglich.
Fliesen-Qualitätsprüfung
Die Überprüfung von Fliesen nutzt die hohe Auflösung der Zeilenkameras, um die Farbe zu bewerten und eine Reproduzierbarkeit sicherzustellen. Um die Gleichmäßigkeit der Fliesen zu gewährleisten analysieren zwei Systeme, bestehend aus Zeilenkamera und Beleuchtung, die gleiche Kachel.
Die ständige Überwachung der Fliesen mit Zeilenkameras und die eine sofortige und exakte Erkennung von Fehlern oder Ungleichheiten optimiert den Produktionsprozess kontinuierlich. Die Qualität der ausgelieferten Kacheln steigt. Die hohe Geschwindigkeit der Linescan-Systeme sorgt für einen erhöhten Fliesendurchsatz, erhöht die Inspektionsrate und führt zu fast vollständiger Gleichmäßigkeit der Fliesen. Mit Zeilenkameras kann eine Auflösung von bis zu 6000 dpi erreicht werden, die Farbtonanalyse reicht an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges heran – Bei der Qualitätsprüfung von Fliesen sind Zeilenkameras damit quasi Pflicht. Zeilenkameras sind sogar genauer, wenn es um dunkle oder glänzende Materialien geht, wie zum Beispiel im Falle von Porzellan oder Steinzeug sowie schattierten, strukturierten, reflektierenden oder polierten Fliesen.
Alle aufgeführten Praxis-Beispiele nutzen die Fähigkeit der Zeilenkameras, hochauflösende Bilder von Gegenständen zu erzeugen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Zeilenkameras sind als Farb-, Schwarzweiß- oder Infrarotversionen erhältlich und bieten damit eine gute Option für eine Vielzahl an Applikationen. Anwender, die sich gerade mit der Evaluierung eines Vision-Systems beschäftigen und sich in einem der genannten Beispiele wiederfinden, sollten Zeilenkameras als mögliche Option in ihre Bewertung einbeziehen.
