Teledyne DALSA AxCIS

Die wichtigsten Vorteile im Überblick

• Vereint Oberflächeninspektion und dimensionale Messung in einem Durchgang und macht damit separate Systeme überflüssig
• Skaliert von 400 mm bis 1.500 mm Scanbreite, in Mono und RGB, innerhalb eines einzigen Gehäuses
• Erreicht bis zu 120 kHz Zeilenfrequenz im Mono-Betrieb beziehungsweise 60 kHz pro Kanal bei RGB-Inspektion
• Erweitert den Dynamikbereich bei reflektierenden Materialien durch paralleles On-Chip-HDR, ohne den üblichen Geschwindigkeitsverlust
• Beseitigt Pixellücken an den Sensorgrenzen durch ein gestaffeltes, werkskalibriertes Design mit einer Genauigkeit von ±14 µm
• Überbrückt lange Kabelstrecken und elektrisch gestörte Umgebungen durch eine EMI-immune CLHS-Glasfaserschnittstelle

Was ist ein Contact Image Sensor?

Ein Contact Image Sensor kombiniert Beleuchtung, Optik und Detektorelemente in einem einzigen kompakten Gehäuse, das in einem Arbeitsabstand von 13,9 mm nahe an der Materialoberfläche positioniert wird.

Diese feste Geometrie eliminiert die Variablen, die externe Objektive, eine verstellbare Fokussierung und das Stitching mehrerer Kameras mit sich bringen. So entsteht ein stabiles 1:1-Abbild der Oberfläche über die gesamte Scanbreite, das eine echte Positionsmessung ohne zusätzlichen Kalibrieraufwand im Feld ermöglicht.

Die Komponenten eines Kontaktbildsensors

Gestaffelte Architektur: die technische Grundlage für echte Metrologie

Eine gestaffelte Sensoranordnung bildet die konstruktive Basis des AxCIS. Klassische CIS-Designs reihen die Sensorchips stumpf aneinander, wodurch an den Übergängen Lücken entstehen, in denen Pixelwerte interpoliert statt tatsächlich gemessen werden.

Der AxCIS überlappt die Chips hingegen in einem ungerade/gerade gestaffelten Layout und erzeugt so ein durchgängiges Bild, dessen Pixel werkskalibriert auf ±14 µm Positionsgenauigkeit ausgelegt sind. Das ist die Grundlage dafür, dass der AxCIS nicht nur als Bildgeber für die Oberflächeninspektion, sondern als Messinstrument funktioniert..

Gestaffeltes quadlineares CMOS-Sensordesign erfasst ein einziges nahtloses Farbbild über die gesamte Scanbreite und eliminiert blinde Flecken sowie Software-Stitching-Artefakte.

Integrierte telezentrische GRIN-Objektivarrays hält den optischen Pfad exakt senkrecht und sorgt für maßstabsgetreue Bilder mit minimaler geometrischer Verzeichnung und nahezu konstanter Vergrößerung.

Ultrakompaktes, flaches mechanisches Gehäuse benötigt nur minimalen vertikalen Freiraum über der Bahn und passt problemlos in enge Lücken zwischen Förderrollen.

Camera Link HS SFP+ Glasfaserschnittstelle verbindet jedes Modul über eine einzige Glasfaserverbindung, vereinfacht die Kabelführung und bietet vollständige EMI-Immunität über Strecken von bis zu 300 m.

Modulare 24-V-DC-Stromversorgungs-Architektur versorgt Sensor und Beleuchtung gemeinsam über ein einziges Kabel pro Basislängeneinheit und reduziert so den Platzbedarf im Schaltschrank sowie mögliche Fehlerquellen in der Verkabelung über die gesamte Scanbreite.

Unabhängige Mehrebenen-Beleuchtungssteuerung steuert Belichtung und Verstärkung von bis zu drei gepulsten Beleuchtungsebenen unabhängig voneinander und erfasst so metallische und beschichtete Oberflächen einer Batterieelektrode präzise in einem Durchgang.

Staubschutz nach IP60 schützt Sensor und Optik vor luftgetragenen Partikeln in Umgebungen wie Carbonfaserzuschnitt, Textilproduktion und Batterie-Trockenräumen.

Vor Ort austauschbare LED-Beleuchtung vermeidet den Austausch des Sensorkopfes und reduziert Wartungsstillstände durch den Wechsel der Beleuchtung über USB-C-Anschlüsse direkt vor Ort.

Natives Dual-Exposure-Hardware-HDR erfasst dunkle Defekte und reflektierende Blendeffekte gleichzeitig und hält dabei die volle Inspektionsgeschwindigkeit auch auf stark spiegelnden Materialien.

Inspektion von Batterieelektroden und Pouch-Zellen

Die Fertigung von Batterieelektroden erfordert die gleichzeitige Inspektion des metallischen Stromableiters und der aktiven Beschichtung – zwei Materialien mit grundlegend unterschiedlichen optischen Eigenschaften. Der 2-Ebenen-Modus des AxCIS löst dies direkt: Jede Beleuchtungsebene wird unabhängig in Belichtung und Verstärkung gesteuert, sodass beide Oberflächen in einem Durchgang ohne Geschwindigkeitseinbußen erfasst werden. Die Messgenauigkeit von ±14 µm unterstützt die dimensionale Kontrolle von Elektrodenmaßen, Beschichtungskanten und Tab-Geometrie.

Inspektion von Flachglas, Stahl und Carbonfaser

Bei starren oder halbstarren Bahnmaterialien, bei denen Oberflächenkontinuität und Maßhaltigkeit entscheidend sind, bietet der AxCIS die Kombination aus hoher Zeilenfrequenz (120 kHz im Mono-Betrieb) und rückführbare Messgenauigkeit, die produktionsnahe Qualitätssicherung erfordert. Der feste, kurze Arbeitsabstand und die stabile telezentrische Optik minimieren die geometrische Verzeichnung über die gesamte Scanbreite – relevant für die Lagenkontrolle bei Carbonfasern, die Beschichtungsprüfung von Flachglas und die Oberflächenmessung von Stahlbändern.

Folien, Filme und flexible Verpackungen

In der Produktion von flexiblen Verpackungen und dünnen Folien müssen Oberflächendefekte wie Nadellöcher, Beschichtungsfehlstellen, Kratzer und Passerfehler beim Druck auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten zuverlässig erkannt werden. Die Mono- und Farbvarianten des AxCIS bei 300–900 dpi unterstützen die Hellfeldinspektion von Kunststofffolien, Aluminiumfolie und laminierten Verpackungsmaterialien. Der Staubschutz nach IP60 ist in Umgebungen relevant, in denen Schneidstaub oder Folienreste auftreten.

Druck und Elektronik

Für Druckinspektionsanwendungen liefern die farbigen AxCIS-Varianten (400–800 mm) eine simultane RGB-Bildaufnahme mit bis zu 60 kHz pro Kanal und unterstützen damit sowohl die Farbgenauigkeitsprüfung als auch die Defekterkennung auf Papier, Karton und beschichteten Substraten. Bei der Inspektion von Leiterplatten und Halbleitersubstraten optimiert die Koaxialbeleuchtung die Bildaufnahme spiegelnder Oberflächen, bei denen herkömmliche diffuse Beleuchtung Reflexartefakte erzeugen würde.

STEMMER IMAGING – von der Komponente zum einsatzbereiten System

STEMMER IMAGING fördert den Einsatz des AxCIS in jeder Phase – von der ersten Machbarkeitsbewertung über die Inbetriebnahme bis hin zum laufenden technischen Support – und ergänzt dabei Expertise in den Bereichen Beleuchtung, Frame Grabber, Software und anwendungsspezifische Konfiguration.

Was unterscheidet den Teledyne DALSA AxCIS von einem klassischen Mehrkamera-Zeilensystem?

Ein klassisches Mehrkamera-System erfordert die mechanische Ausrichtung mehrerer Kameraköpfe, eine sorgfältige Abstimmung überlappender Sichtfelder und eine Stitching-Software, um ein nahtloses Bild über die gesamte Breite zu erzeugen. Der AxCIS bündelt alle Sensorchips in einem einzigen Gehäuse mit festem Arbeitsabstand von 13,9 mm und ersetzt damit sowohl die Ausrichtung als auch das Stitching.

Was ist ein Contact Image Sensor, und wann ist er die richtige Wahl?

Ein Contact Image Sensor vereint Beleuchtung, Optik (ein Selfoc-Linsenarray auf Basis der GRIN-Technologie) und Detektorelemente in einem kompakten Gehäuse, das sehr nahe an der Materialoberfläche positioniert wird. Der feste, kurze Arbeitsabstand – beim AxCIS 13,9 mm – erzeugt eine stabile, gleichbleibende optische Geometrie ohne externe Objektive oder verstellbare Fokussierung. CIS-Technologie ist gut geeignet für flache oder annähernd flache Bahnmaterialien, die auf konstanter Höhe geführt werden, und weniger geeignet für Oberflächen mit deutlichen Höhenschwankungen außerhalb der Schärfentiefe von ±0,6 mm.

Wie erreicht der AxCIS Metrologiefähigkeit, wenn die meisten Contact Image Sensoren dies nicht unterstützen?

Die meisten CIS-Produkte verwenden eine stumpf aneinandergereihte Sensoranordnung, bei der die Sensorchips Stoß an Stoß platziert werden.  An den Sensorübergängen entstehen Lücken von 10 bis 35 µm. Die dadurch fehlenden Pixel müssen interpoliert werden, wodurch dimensionale Messungen in diesen Bereichen nicht möglich sind. Der Teledyne DALSA AxCIS nutzt stattdessen eine gestaffelte Anordnung, bei der sich die ungeraden und geraden Sensorzeilen entlang der X-Achse überlappen, sodass Pixellücken vermieden werden. In Kombination mit der werkseitigen Kalibrierung jeder Übergangsposition gegen eine hochauflösende Referenz ergibt sich so ein durchgängiges, lückenloses Bild mit ±14 µm Positionsgenauigkeit über die gesamte Scanbreite.

Welche Software ist mit dem AxCIS kompatibel?

Der AxCIS nutzt die CLHS-Schnittstelle mit GenTL-Unterstützung und ist damit mit jedem GenTL-kompatiblen Erfassungssystem kompatibel. CVB (Common Vision Blox) von STEMMER IMAGING unterstützt die GenTL-Bildaufnahme nativ. Für Einzel- sowie Mehrmodul-Konfigurationen wird der Frame Grabber Teledyne DALSA Xtium2 CLHS FX8 empfohlen, für Teledyne-native Workflows zusätzlich Sapera LT. Für Anwendungen, die eine auf maschinellem Lernen basierende Defektklassifizierung erfordern, lassen sich die integrierten Machine-Learning-Tools von CVB mit der AxCIS-Erfassungspipeline kombinieren.

Welche Beleuchtungsoptionen stehen zur Verfügung, und wie wähle ich die richtige aus?

Der AxCIS ermöglicht drei Beleuchtungskonfigurationen. Integrierte AxCIS-LEDs liefern diffuses Licht für matte Oberflächen wie Papier, Textilien, Leder, Kunststofffolie und Folie – Hellfeld- und eingeschränkte Dunkelfeldvarianten sind über eine optionale Halterung verfügbar.

Externe Beleuchtung von Drittanbietern wird über die Blitzsteuerschnittstelle des AxCIS angeschlossen, unterstützt bis zu drei unabhängige Beleuchtungsebenen und ist für Anwendungen geeignet, die eine schräge Hell- oder Dunkelfeldbeleuchtung auf Metallen, geprägten Oberflächen und Folien erfordern. Koaxialbeleuchtung – verfügbar von CCS – ist für spiegelnde Oberflächen wie Wafer, Glas, Leiterplatten und Metallsubstrate geeignet. 

Das Engineering Services-Team von STEMMER IMAGING berät bei der Beleuchtungsauswahl und -validierung im Rahmen einer Machbarkeitsbewertung.

Wie geht der AxCIS mit Materialien um, die sowohl reflektierende als auch absorbierende Bereiche aufweisen, etwa bei Batterieelektroden?

Der 2-Ebenen-Modus des AxCIS weist jeder Beleuchtungsebene unabhängige Belichtungszeit- und Verstärkungseinstellungen zu. Bei einer Batterie-Pouch-Zelle lässt sich Bildebene 1 für den metallischen Stromableiter und Bildebene 2 für die aktive Beschichtung konfigurieren, sodass beide gleichzeitig in einem Durchgang ohne Geschwindigkeitseinbußen erfasst werden. Der parallele On-Chip-HDR-Modus erweitert den Dynamikbereich innerhalb jeder Ebene zusätzlich, indem beide Belichtungen gleichzeitig statt sequenziell innerhalb der verfügbaren Zeilenzeit ablaufen.

Welche Frame-Grabber-Hardware wird benötigt, und welche Einschränkungen gibt es bei der Verkabelung?

Empfohlen wird der Frame Grabber Teledyne DALSA Xtium2 CLHS FX8. Eine Karte unterstützt bis zu vier 400-mm-AxCIS-Module, die jeweils über eine eigene SFP+-Glasfaserverbindung angeschlossen werden. Glasfaserkabel können bis zu 300 m lang sein, was erhebliche Flexibilität im Systemlayout bietet und die EMI-Empfindlichkeit über die gesamte Kabelstrecke eliminiert. Stromversorgung (24 V DC) und GPIO-Signale werden über ein separates Einzelkabel pro 400-mm-Basislängeneinheit geführt.

Kann STEMMER IMAGING bei der Evaluierung und Inbetriebnahme eines AxCIS-Systems unterstützen?

Ja. Das Technical Competence Centre von STEMMER IMAGING bietet strukturierte Machbarkeitstests anhand konkreter Materialproben und Defektarten, Beleuchtungsvalidierung, Frame-Grabber-Konfiguration und die Entwicklung CVB-basierter Bildaufnahmepipelines. 

Das Team Special Solutions & Applications steht Anwendern und OEM-Maschinenbauern bei der gemeinsamen Entwicklung validierter Subsystemspezifikationen zur Seite – von den ersten Anforderungen bis zum serienreifen Design. Kontaktieren Sie STEMMER IMAGING, um den für Ihr Projekt relevanten Unterstützungsumfang zu besprechen.