16.05.2025
Bilderfassung jenseits des sichtbaren Spektrums
Mit SWIR- und UV-Kameras die Möglichkeiten der optischen Inspektion erweitern
Grundlagen
Bei Anwendungen der industriellen Bildverarbeitung denkt man häufig an die Erkennung von Merkmalen, die auch für das menschliche Auge sichtbar sind. So arbeiten auch die meisten Industriekameras im sichtbaren Bereich (380 nm -780 nm) und erreichen noch eine ausreichende Empfindlichkeit im nahen Infrarot-Bereich.
Bewegt man sich in Wellenlängenbereiche außerhalb dieses Bereichs können Objektmerkmale und Eigenschaften sichtbar werden, die dem menschlichen Auge und herkömmlichen Kameras verborgen bleiben.
Bei Wellenlängen unterhalb des sichtbaren Bereichs spricht man von ultraviolettem Licht oder ultravioletter Strahlung (UV, 380 nm - 100 nm). Bei Wellenlängen über 780 nm schließt sich der Infrarot-Bereich an, wobei der Bereich bis 1000 nm als nahes Infrarot (NIR) bezeichnet wird und der Bereich bis 1700 nm als kurzwelliges Infrarot oder Short Wave Infrared (SWIR).
Elektromagnetisches Spektrum und SWIR-Wellenlängen
Mit geeigneten Bildsensoren kann das sichtbare Spektrum in den UV- bis SWIR-Bereich erweitert werden.
Bilderfassung im UV-Bereich
Beispiel in der Halbleiterindustrie
Zu den vielfältigen Anwendungen im ultravioletten Bereich gehören beispielsweise die Inspektion von Wafern. Die mikroskopisch kleine Halbleiterstrukturen erfordern eine deutlich höhere Kameraauflösung für die Inspektion. Bei der Aufnahme von Bildern von Materialien wie Glas und Kunststoff erscheinen diese transparent oder durchscheinend, wenn Standardkameras verwendet werden. Ihre Lichtdurchlässigkeit ist jedoch im UV-Spektrum verändert, sodass diese Materialien mithilfe der UV-Bildgebung identifiziert werden können. Balluff-Kameras erfüllen diese Anforderungen, indem sie die neuesten Sensortechnologien nutzen, welche die kurzen Wellenlängen des ultravioletten Lichts verwenden, um hochauflösende Details zu erzielen.
Mit dem Erscheinen des Sony Sensors IMX487 aus der Pregius S Reihe wird das sichtbare Spektrum um den UV-Anteil bis hinunter zu 200 nm ergänzt. Die hohe Auflösung des Sensors von 8,1 MPixel erlaubt zudem sehr detailreiche Aufnahmen in diesem Spektralbereich.
UV-Sensor Kennzahlen:
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Imaging Sensor |
Sony IMX487 |
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Sensor type |
2/3" global shutter CMOS |
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Resolution |
8.1 MP (2856 x 2848 pixels) |
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Pixel size |
2,74 µm |
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Frame rate ADC 8-bit |
194 fps |
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Frame rate ADC 10-bit |
193 fps |
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Frame rate ADC 12-bit |
127 fps |
SWIR-Bildverarbeitung
Die Bildverarbeitung im kurzwelligen Infrarot-Bereich (short wave IR oder kurz SWIR) erfährt eine wachsende Bedeutung in der Inspektion, Sortierung und Qualitätskontrolle. Mit SWIR bezeichnet man den kurzwelligen Infrarot-Bereich von 800 nm bis 1700 nm, manchmal auch den über dem nahen Infrarot (NIR) liegenden Bereich von 1000 nm bis 1700 nm. Längere Wellenlängen bezeichnet man auch als Wärmestrahlung, wie sie auch von Objekt selbst abgegeben wird.
Das SWIR-Spektrum ähnelt in seinen Eigenschaften eher dem sichtbaren Licht, d.h. Objekte reflektieren oder absorbieren Photonen. Aufgrund der speziellen Absorptionseigenschaften im SWIR-Bereich lassen sich z.B. Nahrungsmittel, speziell auch landwirtschaftliche Erzeugnisse kontrollieren ebenso wie Füllstände in undurchsichtigen Kunststoffbehältern. Auch in Überwachungsaufgaben bieten SWIR-Sensoren Vorteile, da auch bei Rauch oder Nebel die eigentlich interessanten Objekte noch gut wahrgenommen werden können. Auch in der Halbleiterinspektion finden SWIR-Sensoren Anwendung, da Silizium im SWIR-Licht transparent erscheint.
Die Sensoren der Sony SWIR Reihe (IMX990, IMX991, IMX992 und IMX993) kombinieren in einzigartiger Weise sowohl die Erfassung des sichtbaren Lichts als auch der SWIR-Wellenlängen über einen Bereich von 400 nm bis 1700 nm. Gleichzeitig werden durch eine spezielle Bond-Technik ein geringerer Pixel-Pitch und kleinere Pixelgrößen erreicht.
Somit können hochauflösende Kameras und präzisere Inspektionssysteme für diesen Wellenlängenbereich realisiert werden.
Übersicht der SWIR-Sensoren
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Imaging Sensor |
Sony IMX991 |
Sony IMX990 |
Sony IMX993 |
Sony IMX992 |
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Sensor type |
1/4" global shutter CMOS |
1/2" global shutter CMOS |
1/1.8" global shutter CMOS |
1/1.4" global shutter CMOS |
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Resolution |
0.34 MP (656 x 520 pixels) |
1.34 MP (1296 x 1032 pixels) |
3.2 MP (2080 x 1544 pixels) |
5.3 MP (2592 x 2056 pixels) |
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Pixel size |
5 µm |
5 µm |
3,45 µm |
3,45 µm |
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Frame rate ADC 8-bit |
258 fps |
134 fps |
170 fps |
130 fps |
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Frame rate ADC 10-bit |
240 fps |
125 fps |
150 fps |
120 fps |
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Frame rate ADC 12-bit |
137 fps |
71 fps |
90 fps |
70 fps |
Neue Funktionen
HCG (High Conversion Gain) / LCG (Low Conversion Gain) Funktion: Schaltfunktion, die das Signal unmittelbar nach der Umwandlung von Licht in ein elektrisches Signal verstärkt, wodurch nachfolgendes Rauschen reduziert und die Aufnahme von rauscharmen Bildern bei schlechten Lichtverhältnissen ermöglicht wird.
DRRS (Dual Read Rolling Shutter) Funktion: Reduziert das Rauschen auf etwa 1/4 des normalerweise beobachteten Rauschpegels ohne DRRS, wodurch die Aufnahme von Bildern mit reduziertem Rauschen ermöglicht wird.
Weitere Kameravorteile:
Niedriger Stromverbrauch: Beispielsweise verbraucht die GigE-Kamera BVS CA-GX0 mit dem IMX991-Sensor nur etwa 2,9 W Leistung.
Kamera-Kühlungsoptionen: Kühlkörper, Kühlrohr und thermoelektrisch gekühlte (TEC) Varianten für anspruchsvolle Umgebungen und Anwendungen.
Passt die SWIR-Inspektion zu Ihren Anforderungen?
Senden Sie uns noch heute Materialien für einen kostenlosen Test in unserem SWIR-Labor. Unser SWIR-Anwendungslabor testet Ihre Materialien, um festzustellen, ob die SWIR-Bildgebung für Ihre Prozesse von Vorteil ist.Übersicht der Kamerafamilien und Schnittstellen für SWIR- und UV-Kameras
Unsere bestehenden GigE-Kameraplattformen machen den Einsatz von SWIR- und UV-Technologie besonders einfach. Sie profitieren von GigE Vision und GenICam Kompatibilität, ohne dass sich die Integration und Handhabung der Kameras im Vergleich zu bestehenden Industriekameras ändert.
GigEBVS CA-GX0 Serie |
5GigEBVS CA-GV Serie |
10GigEBVS CA-GT Serie |
25GigEBVS CA-GW Serie |
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Die skalierbare Maschinenbildschnittstelle Maximale individuelle Konfigurierbarkeit der mechanischen und elektrischen Eigenschaften, größte Auswahl an Sensoren bis zu 31,5 MP, verschiedene digitale Ein- und Ausgänge möglich, kompaktes Gehäuse mit vielen Montagemöglichkeiten, erhältlich mit M12-Industriesteckern für GigE- und I/O-Schnittstelle, optionales IP67-Gehäuse. |
Niedrigster Stromverbrauch in sehr kompaktem Gehäuse Kleines Formfaktor mit 29 × 29 mm, beste thermische Eigenschaften aufgrund des niedrigsten Stromverbrauchs, Stromversorgung und Datenübertragung über ein Kabel durch PoE, rückwärtskompatibel zu 2,5 GigE und 1 GigE Schnittstellen, optional mit größerem Objektivhalter für große Sensoren. |
High Speed Übertragungsrate mit exzellenter Bildqualität Präzise Synchronisation mit Precision Time Protocol (PTP) gemäß IEEE1588, Stromversorgung und Datenübertragung über ein Kabel durch PoE+, integrierte Kamerakühlung, Objektivhalter erhältlich in C- und M42-Halterung, 10 GigE-Verbindung über Standard-Glasfaser-SFP+, Multi-Core Acquisition Optimizer (MAO), 1245 MB/s ohne Bildverlust. |
Höchste Leistung in allen Dimensionen Verwendung des RoCE v2-Protokolls für latenzarme, hochdurchsatzfähige Datenübertragung, einfache Implementierung mit GigE Vision-Standard, kostengünstige Langstreckenverbindung mit Standard-Glasfaserverbindungstechnologie SFP28, kleines Formfaktor mit 40 x 40 mm, optional mit größerem Objektivhalter für große Sensoren. |
| Zu den Kameras | COMING SOON | Zu den Kameras | COMING SOON |
USB 3 – BVS CA-SF Serie
Hohe Leistung mit Plug-and-Play
Hochwertige CMOS-Sensoren bis zu 31,5 MP und bis zu 12 Bit pro Pixel, interne Bildvorverarbeitung in Echtzeit, Flusskontrolle für Echtzeitsequenzen, weit verbreitete Plug-and-Play-Schnittstelle, Hardware- und Softwarekompatibilität durch USB3 Vision-Standard und GenICam, auch als Board-Level-Kamera erhältlich.
Anwendungsbeispiele
Im SWIR-Spektrum können zum Beispiel landwirtschaftliche Produkte oder Füllstände in undurchsichtigen Kunststoffbehältern kontrolliert werden. SWIR-Sensoren bieten auch Vorteile bei Überwachungsaufgaben, da die interessierenden Objekte auch bei Rauch oder Nebel noch gut erkannt werden können.
In der Lebensmittelindustrie z.B. können SWIR-Kameras eingesetzt werden, um Fremdkörper in Nahrungsmitteln zu erkennen.
Links: sichtbares Spektrum | rechts: SWIR
Da Silizium im SWIR-Spektrum durchsichtig erscheint, werden SWIR Kameras auch in der Halbleiterindustrie eingesetzt, um Beschädigungen und Produktionsfehler zu detektieren.
Links: sichtbares Spektrum | rechts: SWIR
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Industriekameras mit SWIR- und UV-Sensoren
