Tingkatkan Kualitas Produksi:Pencitraan Digital Berkecepatan Tinggi Meningkatkan Penglihatan Mesin Tradisional

Visi mesin adalah alat kontrol proses yang terbukti untuk berbagai aplikasi otomasi industri. Secara tradisional, teknologi ini mengintegrasikan sensor pencitraan komersial siap pakai (COTS), modul pencahayaan, dan prosesor untuk memandu, memeriksa, atau mengidentifikasi komponen saat bergerak di sepanjang jalur produksi. Dibandingkan dengan operator manusia, sistem visi mesin lebih cepat, akurat, dan dapat diulang—meningkatkan kualitas produk, menurunkan tingkat kerusakan, dan meningkatkan produktivitas di lingkungan manufaktur yang bergerak cepat.

Meskipun manfaat operasionalnya jelas, pencitraan digital berkecepatan tinggi memperluas manfaat, kemampuan, dan kasus penggunaan visi mesin lebih jauh lagi. Berkat resolusi tinggi, frame rate yang cepat, dan kemampuan streaming, kamera berkecepatan tinggi memungkinkan visi mesin dalam aplikasi menantang yang memerlukan analisis real-time atau waktu rekam yang lama, seperti manufaktur semikonduktor, peluncuran pesawat ulang-alik, inspeksi kereta api, dan banyak lagi. Oleh karena itu, sistem visi mesin berkecepatan tinggi menangkap hal-hal yang tidak dapat ditangkap oleh sistem penglihatan tradisional, yaitu menyoroti proses yang terlalu kecil atau terlalu cepat untuk dilihat oleh mata manusia.

Fitur Utama Kamera Penglihatan Mesin Berkecepatan Tinggi

Kamera visi mesin berkecepatan tinggi berbeda dari kamera visi mesin tradisional dalam beberapa hal. Sebagai pengganti sensor COTS atau charge- coupled device (CCD), kamera berkecepatan tinggi mengintegrasikan sensor semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) yang dirancang khusus. Ketika dirancang khusus untuk aplikasi berkecepatan tinggi, sensor CMOS memberikan kecepatan dan sensitivitas yang tak tertandingi, sehingga menghasilkan inspeksi yang lebih detail dan hasil yang lebih tinggi dalam aplikasi visi mesin seperti deteksi cacat, pengukuran komponen, dan banyak lagi. Kamera visi mesin berkecepatan tinggi yang dilengkapi sensor CMOS dengan beberapa megapiksel menghasilkan kualitas gambar luar biasa bahkan pada kecepatan bingkai yang menantang.

Fitur yang Diinginkan

Kamera visi mesin berkecepatan tinggi mulai digunakan dalam aplikasi ilmu kehidupan, pengujian balistik, pencetakan 3D, dan banyak lagi.

Kamera penglihatan mesin tidak cukup hanya bekerja lebih cepat; mereka harus dirancang untuk menanganinya. Selain kecepatan frame cepat yang melebihi 67.000 fps, fitur berikut penting untuk diingat saat memilih kamera kecepatan tinggi untuk aplikasi visi mesin:

Resolusi: Kamera visi mesin Phantom dilengkapi sensor CMOS hingga 9 megapiksel. Sensor multi-megapiksel ini—ditambah dengan ukuran piksel kamera yang kecil—menghasilkan gambar yang lebih detail dengan kecepatan frame yang cepat.

Sensitivitas cahaya: Secara umum, semakin kecil ukuran piksel, semakin besar detail gambarnya—hal ini sangat penting dalam aplikasi yang memerlukan mikroskop. Sensor CMOS menampilkan ukuran piksel sekecil 5,6 mikrometer, sehingga menghasilkan ISO asli yang tinggi. Hasilnya, kamera ini menghasilkan kualitas gambar yang sangat baik meskipun waktu pencahayaan rendah yang diperlukan untuk aplikasi visi mesin kecepatan tinggi.

Waktu pemaparan: Kamera Phantom memiliki waktu eksposur serendah 1 mikrodetik. Kemampuan ini—bersama dengan sensitivitas cahaya yang tinggi dan ukuran piksel yang kecil—cukup membekukan gerakan berkecepatan tinggi sekaligus menghilangkan keburaman gerakan.

Rentang dinamis: Rentang dinamis berperan saat gambar memiliki banyak corak, atau saat subjek memiliki warna yang hampir sama dengan latar belakangnya. Semakin tinggi rentang dinamis kamera, semakin banyak definisi bayangan yang dapat dideteksi oleh sensor. Kamera visi mesin Phantom memiliki rentang dinamis antara 54,8 dan 59,7 desibel, sehingga cocok untuk aplikasi yang lebih gelap seperti inspeksi semikonduktor.

Selain sensor yang dapat disesuaikan, kamera visi mesin berkecepatan tinggi juga memanfaatkan teknologi kabel tembaga CoaXPress (CXP), yang memungkinkannya mentransfer data dalam jumlah besar ke perekam bingkai backend standar industri yang kompatibel secara real-time. Kemampuan untuk melakukan streaming data secara instan menghindari proses yang memakan waktu dalam menyimpan data ke RAM terbatas kamera sebelum mengunduhnya ke komputer. Jika dipadukan dengan unit DVR siap pakai, kamera streaming ini juga mendukung aplikasi perekaman yang lebih panjang di ruang angkasa, seperti dinamika roket, dinamika pesawat, dan balistik, dan masih banyak lagi.

Protokol CXP6 saat ini merupakan metode transfer data standar tercepat. Setiap kabel tembaga mencapai kecepatan transfer data 6,25 gigabit per detik dari kamera ke mesin penerima backend. Standar CXP12 yang lebih baru menggandakan kecepatan ini, sehingga menjadikan CXP6 dan CXP12 ideal untuk kamera yang memerlukan throughput tinggi.

Berkat sensitivitas cahaya dan frame rate yang cepat, kamera streaming berkualitas tinggi ideal untuk inspeksi semikonduktor.

Meskipun sebagian besar kamera visi mesin menyediakan throughput data hingga 2 gigapiksel per detik, kamera streaming tercepat di dunia mencapai kecepatan transfer data langsung hingga 9 gigapiksel per detik. Kamera ini membagi dan mengirimkan gambar per baris, lalu menggabungkan setiap gambar kembali menggunakan algoritma sederhana— sehingga memungkinkan kecepatan bingkai dan resolusi lebih tinggi. Dengan mengandalkan GenICam, antarmuka pemrograman generik, kamera ini juga memfasilitasi konfigurasi dan integrasi ke dalam sistem yang ada.

Konfigurasi Real-Time vs Rekaman Panjang

Konfigurasi backend dalam sistem visi mesin berkecepatan tinggi bergantung pada sejumlah variabel, termasuk kecepatan bingkai, resolusi, dan waktu perekaman yang diperlukan. Untuk analisis real-time, pengguna dapat memanfaatkan hingga 16 saluran CXP6 standar pada kamera streaming. Kabel CXP6 memungkinkan komunikasi hingga 68 meter, sedangkan konektor serat optik mampu menjangkau jarak lebih jauh hingga 200 kilometer. Pengguna juga dapat memanfaatkan input/output tujuan umum (GPIO) kamera untuk sinyal dan sinkronisasi yang cepat dan fleksibel.

Komponen perangkat keras dan perangkat lunak lainnya meliputi:

• Pengambil bingkai khusus aplikasi dan kartu pengambil bingkai CXP6;

• Perangkat lunak, termasuk API pengambil bingkai, Matlab®, LABVIEW, atau alat visi pascapemrosesan apa pun;

• Perangkat keras pemrosesan gambar, biasanya mikroprosesor GPU atau FPGA;

• Komputer dengan slot PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) Gen3.

Meskipun sebagian besar aplikasi berkecepatan tinggi berlangsung dalam ratusan milidetik, aplikasi visi mesin mungkin memerlukan waktu perekaman yang lebih lama—misalnya beberapa menit hingga setengah jam—untuk mengakomodasi peristiwa seperti peluncuran pesawat ulang-alik. Untuk mengatasi tantangan penyimpanan yang terkait dengan data dalam jumlah besar, kamera visi mesin berkecepatan tinggi dapat mengalirkan data langsung ke unit DVR, yang memiliki ruang beberapa terabyte. Penyiapan plug-and-play ini memungkinkan pengguna dengan mudah menyimpan data masuk untuk dianalisis di lain waktu.

Memperluas Aplikasi Visi Mesin Tradisional

Berkat kamera visi mesin berkecepatan tinggi, produsen dapat menghasilkan pencitraan dengan resolusi dan akurasi perekaman yang lebih tinggi. Fitur-fitur ini meningkatkan kecepatan lini dan volume produksi, mengurangi kemacetan, dan mengurangi biaya per unit. Pada saat yang sama, kamera streaming ini dapat menangkap target berskala nanometer yang sulit dilihat—apalagi dianalisis—menggunakan kamera visi mesin tradisional, mengubah visi mesin dari alat kontrol proses menjadi alat diagnostik. Hasilnya, visi mesin mendapatkan daya tarik di industri seperti ilmu hayat, manufaktur semikonduktor, farmasi, dan banyak lagi.

Beberapa area aplikasi terbaru untuk visi mesin berkecepatan tinggi meliputi:

Pemeriksaan semikonduktor: Kamera visi mesin berkecepatan tinggi memainkan peran yang semakin penting dalam manufaktur semikonduktor, sebuah industri yang didorong oleh throughput. Secara khusus, mereka dengan cepat mengidentifikasi dan menandai kerusakan komponen segera setelah kerusakan terjadi, menurunkan biaya dan waktu henti terkait kerusakan, meningkatkan hasil, dan meminimalkan waktu inspeksi.

Kamera visi mesin berkualitas tinggi memberikan keseimbangan yang diperlukan antara sensitivitas cahaya, rasio signal-to-noise, dan frame rate cepat yang dibutuhkan oleh aplikasi semikonduktor, yang biasanya melibatkan skala ukuran submikron. Pada resolusi penuh 4.096 × 2.304, kamera streaming Phantom S990, misalnya, memiliki ukuran piksel 6,75 μm, noise 9,6e, dan kecepatan perekaman 938-fps, menghasilkan gambar berkualitas tinggi yang memungkinkan perangkat lunak pencitraan mendeteksi variasi halus antara area terang dan gelap yang menunjukkan adanya cacat.

Spektrometer kecepatan tinggi: Digunakan dalam banyak aplikasi makanan dan minuman, farmasi, dan pertanian, spektrometer berkecepatan tinggi mendifraksi cahaya putih menjadi berbagai panjang gelombang untuk menciptakan spektrum serapan, sehingga memungkinkan untuk mendeteksi keberadaan bahan tertentu. Salah satu penerapan yang muncul untuk proses ini melibatkan verifikasi susunan kimia tablet farmasi menggunakan kamera visi mesin berkecepatan tinggi. Kamera merekam tablet saat mereka bergerak di sepanjang konveyor. Kemudian, berdasarkan cahaya yang didifraksikan, diserap, dan ditransmisikan yang mencapai lensa, kamera dapat menandai tablet yang rusak, sekaligus menjaga jalur produksi tetap berjalan.

Berkat kecepatan perekaman dan sensitivitas cahayanya yang tinggi, kamera streaming berkecepatan tinggi ideal untuk aplikasi baru ini. Selain menyediakan metode pemeriksaan non-kontak, kamera ini dapat dengan mudah memeriksa lusinan tablet dalam bidang pandang yang sama secara bersamaan, sehingga meningkatkan hasil dalam operasi farmasi penting.

Fitur Kamera Streaming

Dalam aplikasi streaming visi mesin, data gambar mengalir langsung ke frame grabber dan PC atau DVR rekaman panjang melalui teknologi kabel CXP. Pengguna dapat langsung mengakses data ini baik untuk aplikasi real-time maupun rekaman panjang dan hanya dibatasi oleh jumlah penyimpanan di PC atau DVR.

• Fitur lain dari kamera streaming berkecepatan tinggi meliputi:

• Kedalaman bit yang dapat dikonfigurasi—8-/12-bit, 8-/10-bit

• Didukung oleh teknologi CXP6 untuk beberapa streamer yang mengonsumsi kurang dari 27 volt

• Kepatuhan GenICam untuk integrasi yang mudah

• Kompatibilitas dengan pegangan bingkai PCIe3 CXP6

• GPIO menyediakan fitur persinyalan umum dan lanjutan

• Transfer data yang skalabel untuk mengurangi kebutuhan data

Pemeriksaan kereta api: Kamera penglihatan mesin berkecepatan tinggi berpotensi mengubah cara pemeriksaan sistem perkeretaapian. Tidak seperti kamera visi mesin tradisional, yang kehilangan waktu berharga sepanjang tahun karena hujan, salju, atau badai debu, kamera streaming memberikan kecepatan bingkai tinggi, resolusi, dan sensitivitas cahaya yang diperlukan untuk melihat kondisi cuaca sulit. Tidak seperti kebanyakan kamera, kamera ini juga menangani cahaya putih tanpa menggunakan filter lensa tambahan.

Area aplikasi lain yang muncul untuk kamera streaming mencakup ilmu kehidupan, seperti diagnostik sel; identifikasi botol dan hemolisis; pengujian balistik; pengelasan laser; dan pencetakan 3D.

Artikel ini ditulis oleh Uma Gobena, Insinyur Penerapan Visi, Vision Research (Wayne, NJ). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini  .