UHS-Video: Kleinste Partikel können exakt erfasst werden

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Die neue Ultra Highspeed-Kamera Phantom T4040 von Hich Speed Vision erschließt mit ihren Leistungsmerkmalen völlig neue Möglichkeiten der Analyse von blitzschnellen sporadischen Ereignissen. Sie eignet sich damit sehr gut für den Einsatz in Forschung, Entwicklung, Automatisierung und Qualitätssicherung.

UHS-Video: Der für den Kamerahersteller Vision Research entwickelte rückseitig beleuchtete 12-Bit-CMOS-Bildsensor (BSI: Back Side Illuminated) steigert entscheidend die Effizienz des einzelnen Bildpixels. Dias gewährleistet eine sehr hohe Bildqualität und erhöht den Datendurchsatz (bis zu 40 GP/s) drastisch. Bei einer maximalen Bildauflösung von 2560 x 1664 Pixel werden 9.350 Bilder/s erreicht. Bei reduzierter Bildauflösung sind bis zu 444.000 fps möglich. Die sehr hohe Quanteneffizienz des einzelnen Pixels von über 90 Prozent stellt sicher, dass der Sensor auch bei schlechten Lichtverhältnissen Bilder sehr hoher Qualität liefert, und das Signal-Rausch-Verhältnis entscheiden minimiert.

Dies reduziert aufwendige Beleuchtung und ermöglicht auch den Einsatz bei normalem Tageslicht. Die BSI-Technologie erschließt eine Lichtempfindlichkeit ISO für Mono von 12.500 bis 64.000, Color 3.200 bis 16.000. Eine weitere Steigerung ermöglicht der Binned Mode. Standardmäßig bietet die Kamera Belichtungszeiten von minimal 1 µs und in der Fast-Option 250 ns.

UHS-Video liefert vielseitige Präzisionsanalysen

Was im Fertigungsprozess exakt eingestellt ist, muss nicht - auch nicht sporadisch - mit dem Ist-Zustand übereinstimmen. Abweichungen im Millisekunden-Bereich bei der Steuerung von Anlagen mit sehr hohen Taktraten können weitreichende Auswirkungen in der Fertigung haben. Immer mehr Unternehmen nutzen die Analysetechnik mittels Highspeed-Video - in der Entwicklung und laufenden Produktion - zur schnellen eindeutigen Ursachenerforschung. Gerade im Umfeld von sporadischen Ereignissen liefert UHS-Video die Basis für die nachhaltige Optimierung von Produkten, Anlagen und Prozessen. Die Videoanalyse ermöglicht feinste Nachjustierungen in der Anlagensteuerung.

Was der modernen Steuerungs- und Messtechnik und dem menschlichen Auge verborgen bleibt, entschlüsselt die UHS-Videoanalyse. Das Worst-Case-Szenario in der automatisierten Fertigung von kostenintensiven sporadisch auftretenden Ausschüssen und Anlagenstopps kann so nachhaltig verhindert werden.

UHS-Video: Sporadische Ereignisse sehr genau erfassen

Die hohe 4,2-MP-Bildauflösung erschließt viele neue Anwendungsfelder in allen Branchen, bei denen die untersuchten Motive einen hohen Detailgrad erfordern, wie zum Beispiel auch Objekte, die sich sehr schnell über ein größeres Aufnahmefeld bewegen. Die höhere digitale Bildkorrelation - präzise Wiedergabe der Form, Größe und Position der Partikel - profitiert von der gesteigerten Auflösung. Der Anwender kann extreme Zeitdehnung in Kombination mit detaillierten Objektdaten über ein großes Aufnahmefeld für viele unterschiedliche objektive Analysen sammeln.

Bei kleinen Aufnahmefeldern von wenigen Quadratzentimeter ermöglicht dies eine sehr genaue Erfassung kleinster Partikel mit Bewegungsdifferenzen im Bereich von 0,001 mm. Sporadische Ereignisse können im Bereich von Millisekunden sehr genau vollständig erfasst werden. In Kombination mit zeitsynchronen Messdaten können daraus präzise Aussagen zu den Ereignissen extrahiert werden.

Beispielsweise wird die Visualisierungstechnik von Strömungen – einschließlich der Particle Image Velocimetry – aufgrund der präzisen Wiedergabe der Form, Größe und Position der Partikel gravierend verbessert. Die Bandbreite der Anwendungen reicht von detaillierten biomechanischen Untersuchungen der Flügelbewegung von Insekten bis hin zur High-Tech-Welt der Mikrochip-Entwicklung und -Fertigung.

Zubehör mit mächtigen Funktionen

Raffinierte Funktionen von externem und internem Trigger erleichtern das gezielte und exakte Erfassen von sporadischen Ereignissen. So können innerhalb des Livebildes beliebig positionierte Sensorfelder definiert werden, um die Triggerung der Kamera zu steuern. Die extrem schnelle Bildaufzeichnung im Ringspeicher läuft so lange, bis das Trigger-Signal die Aufnahme stoppt. Dabei wird eine genau definierbare Bildanzahl vor und nach dem Ereignis aufgezeichnet.

Ein weiterer Vorteil der T4040 ist die Bildaufnahme mittels EDR (Extreme Dynamic Range). Damit ist es möglich, helle, blitzartige Reflexionen am Objekt - durch schnelle dynamische Anpassung der Belichtung - innerhalb den gesättigten Bildbereichen abzuschwächen oder zu unterdrücken. Die 10-GBit-Ethernet Schnittstelle ermöglicht einen schnellen Download aus dem integrierten RAM mit 64, 128 oder 256 GByte (Ringspeicher mit bis zu 64 Partitionen).

Die neue Version 3.8 der PCC-Steuersoftware bietet viele parametrierbare Videofunktionen in der T4040. So ermöglicht die Suchfunktion das einfache und schnelle Auffinden von interessanten Videosequenzen in Anfang- und Endpunkt, innerhalb großer Bilddatenmengen. Integriert sind weitere wichtige Messfunktionen von Zeit, Position, Distanz, Geschwindigkeit, Winkel und Winkelgeschwindigkeit.

Der Autor Dipl.-Ing. Kamillo Weiß ist freier Fachjournalist.

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