Die PANOVOTEC GmbH nutzt 45-Megapixel-Kamera von JAI zur Entwicklung eines hochpräzisen Farbmesssystems für den Einsatz in der Automobil-, Medizin- und anderen Industrien.

Mit der Multispektralkamera MSC 8X8 hat PANOVOTEC ein neuartiges System für photometrische Analysen mit hoher Auflösung und kurzen Messzeiten entwickelt. Der Einsatz von zwei Filterrädern eröffnet eine bisher unerreichte Flexibilität bei der Kombination von Farbfiltern, um noch mehr Farbinformationen zu erhalten. Eine hochauflösende Kamera von JAI mit einem 45-Megapixel-Sensor sorgt für eine optimale Bildaufnahme.

In vielen Branchen ist die exakte Einhaltung von Farbvorgaben ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Beispiele für solche Anwendungen finden sich in der Automobilindustrie, wo die Hersteller extremen Wert auf die exakte Farbabstimmung von Bedien- und Anzeigeelementen sowie der Cockpit- und Umfeldbeleuchtung in ihren Fahrzeugen legen. In der Medizintechnik müssen LED-OP-Leuchten und viele andere Komponenten präzise Spezifikationen erfüllen, um den strengen Anforderungen dieser Branche gerecht zu werden.

Der Grund, warum vor der Montage von dekorativen Kunststoffplatten an verschiedenen Geräten und Systemen auf die Farbübereinstimmung geachtet wird, geht oft weit über die Ästhetik hinaus. Denn die Wertschöpfung des Systems steigt mit jedem Montageschritt, so dass der Austausch von Teilen, die farblich nicht übereinstimmen, in einem späteren Prozessschritt immer teurer oder sogar unmöglich wird.

Für solche Aufgaben hat das Prüf- und Automatisierungsunternehmen PANOVOTEC (Nürnberg) bereits in der Vergangenheit Systeme entwickelt und erfolgreich eingesetzt, mit denen der Farbort, die Leuchtdichte und die optische Homogenität von Bauteilen überprüft werden können. Ihr neuestes System, das auf der Kamera SP-45001-CXP4 von JAI basiert, bietet ein noch höheres Maß an Flexibilität und Leistung für Farbmessungen und -analysen.

"Die neue Multispektralkamera MSC 8X8 ist eine konsequente Weiterentwicklung unserer bisherigen Produkte für photometrische Analysen und potenziert die Möglichkeiten gegenüber den Vorgängermodellen", erklärt PANOVOTEC-Geschäftsführer Tobias Postler. "Durch den Einsatz eines von uns entwickelten Doppelfilterrades stehen dem Anwender zwei mal acht übereinanderliegende Filterpositionen zur Verfügung, die automatisch in den Strahlengang gebracht werden können. Daraus ergeben sich 64 verschiedene Filterkombinationen, was nach unseren Recherchen einzigartig auf dem Markt ist."

45 Megapixel Auflösung

Ein wesentlicher Bestandteil dieser Neuentwicklung ist die Monochrom-Kamera SP-45001-CXP4 von JAI. Diese CMOS-Kamera aus der Spark-Serie von JAI verfügt über eine sehr hohe Auflösung von 45 Megapixeln, eine hohe Bittiefe von 14 Bit und arbeitet mit einem HDR-Modus (High Dynamic Range). In Kombination mit den Filtern der MSC 8X8 ermöglichen diese Eigenschaften äußerst präzise photometrische Analysen zur Bestimmung von Werten wie Leuchtdichte, dominante Wellenlänge und Farbort.

Das System eignet sich sowohl für den Inline-Einsatz in kontinuierlichen Produktionsanlagen als auch für Offline-Anwendungen, wie z.B. im Labor oder für Stichprobenprüfungen. Die eigentliche Motivation liegt jedoch im Inline-Betrieb, weshalb sich PANOVOTEC für dieses Spark-Modell mit Global Shutter, einer maximalen Bildaufnahmerate von 38 Bildern/s und einer CoaXPress-Schnittstelle mit 2 oder 4 Kanälen entschieden hat, die eine Datenübertragungsrate von bis zu 6,25 Gbps pro Kanal zum Bildverarbeitungsrechner ermöglichen. Abhängig von der eingestellten Belichtungszeit und den gewünschten Ausgabeparametern können Zykluszeiten ab 0,5 Sekunden für verschiedene Belichtungsstufen erreicht werden, was für viele Inline-Prozesse eine ausreichende Geschwindigkeit darstellt.

Bewährter Kamera-Partner

PANOVOTEC hatte bereits bei den Vorgängermodellen auf Kameras von JAI gesetzt und laut Geschäftsführer Postler sehr gute Erfahrungen gemacht, die sich bei der Entwicklung der MSC 8X8 erneut bestätigt haben:

"Wir haben uns an JAI gewandt, weil wir sehr hohe Anforderungen an die Bildqualität der Kameras hatten, die JAI mit diesem Spark-Modell erfüllen konnte. Neben der exzellenten Auflösung von 45 Megapixeln war es uns auch wichtig, dass die integrierte Kamera über eine hervorragende Schock- und Vibrationsfestigkeit verfügt und eine verteilte Bildverarbeitung auf mehreren PCs erlaubt. Dies war mit der Spark-Kamera über die Link Sharing-Funktion von CoaXPress möglich."

Neben diesen technischen Vorteilen, so Postler, sprachen auch andere Faktoren für JAI:

"Die Betreuung durch unseren Partner ist hervorragend, unser direkter Ansprechpartner hat uns bei allgemeinen Anfragen und zur Kamera-Firmware immer zuverlässig und kompetent beraten. Vom Vertrieb bis zum Support konnten wir uns immer auf eine professionelle und freundliche Zusammenarbeit verlassen. JAI hat zum Beispiel die angegebenen Liefertermine immer eingehalten. Das ist keine Selbstverständlichkeit."

JAI unterstützte PANOVOTEC nicht nur bei der Auswahl des geeigneten Kameramodells, sondern auch bei der Wahl des Objektivs, des richtigen Objektivanschlusses und des richtigen Abstands zwischen Objektiv und Kamera. Darüber hinaus war ein optimales Wärmemanagement erforderlich, um möglichst rauschfreie Bilder aufzunehmen und damit die Grundlage für hochwertige photometrische Analysen zu schaffen. Hier brachten die Experten von JAI wertvolles Know-how ein, um eine optimale Gesamtlösung in Bezug auf die Temperaturentwicklung zu gewährleisten. Eine Peltier- Kühleinheit im MSC 8X8 sorgt für die aktive Kühlung des gesamten Systems und damit auch des Kamerasensors.

Flexibel im Einsatz

Der Anwender profitiert von der hohen Flexibilität des multispektralen Kamerasystems, das PANOVOTEC zunächst mit verschiedenen Filterkombinationen entsprechend den vorhandenen Anforderungen zusammenstellt und kalibriert. Derzeit existieren hierfür zwei optimierte und verifizierte Konfigurationen der beiden Filterräder, in denen entweder drei CIE-Tristimulusfilter oder mehrere Filter für multispektrale Messungen eingesetzt werden. Es sind aber auch individuelle Konfigurationen nach Kundenwünschen möglich.

Die zugehörige Software von PANOVOTEC führt dann in Abhängigkeit von den gewünschten Ausgabeparametern eine automatisierte Aufnahmesequenz mit verschiedenen Filterkombinationen durch. Die RAW-Bilddaten werden dann mit Hilfe der für die jeweilige Kamera-Filter-Kombination hinterlegten Kalibrierungsfunktionen in gültige physikalisch-technische Einheiten, d.h. in Messwerte umgerechnet. Die Algorithmen für alle notwendigen Berechnungen sind bereits in der zugehörigen Software integriert, so dass der Anwender ohne langwierige Vorbereitungen mit seinem System arbeiten kann.

Derzeit ist das System für die Integration in PANOVOTEC Prüfsysteme ausgelegt. Damit steht dem Kunden eine optimal auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Komplettlösung inklusive der bewährten Software zur Verfügung. Anwender mit Bildverarbeitungs-Know-how können das System auch separat von PANOVOTEC erwerben und in eigene Anwendungen integrieren oder als Stand-Alone-System im Labor einsetzen.

Aussagekräftige Ergebnisse

Im Einsatz liefert das multispektrale Kamerasystem genaue Messwerte für Beleuchtungsstärkeverteilung, Lichtstärkeverteilung, Farbkoordinaten, dominante Wellenlänge, diskrete spektrale Merkmale und korrelierte Farbtemperatur. Mit diesen Informationen sind aussagekräftige Prüfungen in der Wareneingangskontrolle, zur Qualitätssicherung in der Produktion und vielen anderen Anwendungen möglich.

Postler nennt ein Beispiel:

"Der Zulieferer eines deutschen Sportwagenherstellers setzt MSC 8X8 bereits in einem End-of-Line-Testsystem für Cockpit-Komponenten ein und ist mit den Ergebnissen sehr zufrieden. Das System stellt sicher, dass keine Produkte mit falsch bestückten Beleuchtungskomponenten ausgeliefert werden, etwa LEDs mit falscher Wellenlänge oder Helligkeit, was zu Kundenreklamationen führen würde. Außerdem wird das Risiko ausgeschlossen, dass der Fahrer durch eine falsche Messung oder Kalibrierung geblendet wird, wenn die maximale Helligkeit bei Nacht überschritten wird."

Auch bei Monitoren in der Medizinbranche ist es sehr wichtig, dass Leuchtdichte und Homogenität den Anforderungen entsprechen. Bei der Darstellung von Röntgenbildern ersetzen diese Monitore die klassischen Bilder vor einer fluoreszierenden Leinwand und dürfen keine Schwankungen in der Homogenität aufweisen, da dies im schlimmsten Fall zu Fehlinterpretationen durch den Arzt führen kann.

"Nach unseren Recherchen gibt es derzeit kein Farbmesskamerasystem auf dem Markt, das in Bezug auf Messgenauigkeit und Geschwindigkeit mit der MSC 8X8 mithalten kann. In High-End-Anwendungen ist unsere Multispektralkamera daher derzeit das einzige System, das anspruchsvolle Kundenanforderungen zuverlässig erfüllen kann", so der PANOVOTEC-Geschäftsführer. "Dabei haben die integrierten Spark-Kameras von JAI aufgrund ihrer hohen Auflösung und Geschwindigkeit einen sehr großen Anteil an der Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems."

Über PANOVOTEC

Die PANOVOTEC GmbH (www.panovotec.com) wurde 1990 als Unternehmen für Prüfsysteme und Automatisierungstechnik gegründet. Seitdem hat sie sich als Teil der Papp-Gruppe zu einem etablierten Anbieter von kundenspezifischen Sonderlösungen für alle relevanten Märkte im Bereich der Prüfung und Automatisierung entwickelt. Insbesondere die Technologieentwicklungen in den Bereichen Haptik und optische Prüfung sind weltweit einzigartig.