Baumer Electric: Камеры UV, NIR, SWIR и поляризационные для промышленного применения

Введение в спектральное машинное зрение

Современные промышленные и научные задачи часто требуют возможностей, выходящих за пределы человеческого зрения и стандартных камер. Компания Baumer Electric предлагает комплексные решения для машинного зрения, включая камеры, чувствительные к ультрафиолетовому (UV), ближнему инфракрасному (NIR), коротковолновому инфракрасному (SWIR) излучению, а также поляризационные камеры. Эти устройства регистрируют физические свойства света, невидимого человеческому глазу, что позволяет получать информацию о материалах и процессах, недоступную при наблюдении в видимом спектре.

Принципы работы и физические основы

Обычные промышленные камеры работают в видимом спектре, примерно от 400 до 700 нанометров. Специализированные камеры Baumer расширяют этот диапазон, используя различные физические явления и материалы сенсоров.

UV-камеры чувствительны к ультрафиолетовому излучению с длиной волны короче 400 нм. NIR-камеры работают в ближнем инфракрасном диапазоне от 780 до 1400 нм. SWIR-камеры охватывают коротковолновый инфракрасный диапазон от 900 до 1700 нм. Важно отметить, что SWIR-камеры не являются тепловизорами, которые работают в среднем (MWIR, 3-5 мкм) и длинном (LWIR, 8-14 мкм) инфракрасном диапазоне. В отличие от тепловизоров, SWIR-камеры регистрируют отраженное или поглощенное излучение, что позволяет получать изображения с высоким разрешением, аналогичные видимому свету, но с дополнительной информацией о свойствах материалов.

Технические характеристики и особенности камер Baumer

SWIR-камеры CX series

Линейка CX.SWIR.XC представляет собой технологически продвинутое решение для работы в коротковолновом инфракрасном диапазоне. В основе этих камер лежит сенсор Sony SenSWIR на основе арсенида галлия-индия (InGaAs) с чувствительностью в диапазоне 400-1700 нм. Это позволяет камере захватывать изображение как в видимой, так и в невидимой части спектра одновременно.

Конструкция камер включает запатентованную систему теплоотвода в корпусе размером 36×36 мм и дополнительную опциональную систему охлаждения с интегрированной охлаждающей трубкой. Это решение критически важно для InGaAs-сенсоров, которые склонны к появлению дефектных пикселей при повышении температуры. Инженеры Baumer реализовали комбинированную статическую и динамическую коррекцию дефектных пикселей непосредственно в прошивке камеры, что обеспечивает стабильно высокое качество изображения даже в меняющихся условиях эксплуатации.

Камеры обеспечивают съемку с разрешением до 1.3 мегапикселя и скоростью до 237 кадров в секунду, что делает их пригодными для высокоскоростных производственных линий.

NIR-оптимизированные камеры

NIR-модели Baumer используют CMOS-сенсоры с оптимизированной для ближнего инфракрасного диапазона чувствительностью. Ключевое преимущество таких камер – способность работать в условиях низкой освещенности, обеспечивая высококонтрастные изображения там, где стандартные камеры неэффективны. Технология предполагает использование кремниевой подложки большей толщины, что позволяет достигать квантовой эффективности около 40% на длине волны 850 нм.

UV-камеры

UV-камеры Baumer предназначены для работы в ультрафиолетовом диапазоне. Они требуют специальных объективов из материалов, пропускающих УФ-излучение, таких как кварцевое стекло. Эти камеры находят применение в задачах флуоресцентной микроскопии, контроле качества покрытий и обнаружении загрязнений.

Поляризационные камеры

Поляризационные камеры Baumer оснащены специальными сенсорами с интегрированными поляризационными фильтрами. Они позволяют анализировать поляризацию отраженного света, что дает возможность выявлять напряжения в материалах, определять ориентацию поверхностей и обнаруживать дефекты, невидимые при обычном освещении.

Сравнительный анализ технологий

Практическое применение в различных отраслях

Пищевая промышленность и сельское хозяйство

SWIR-камеры позволяют выявлять скрытые дефекты пищевой продукции. На длине волны 1450 нм, которая сильно поглощается водой, можно обнаружить места с повышенной влажностью – подгнившие участки на фруктах, невидимые невооруженным глазом. Анализ на волне 1300 нм эффективен для обнаружения инородных тел среди сыпучих продуктов. NIR-камеры используются для сортировки продуктов по степени зрелости и контроля заполнения непрозрачных упаковок.

Полупроводниковая промышленность и электроника

В производстве полупроводников SWIR-камеры обеспечивают точное позиционирование кремниевых пластин и сквозную инспекцию многослойных структур благодаря способности ИК-излучения проникать сквозь кремний. Поляризационные камеры используются для контроля качества дисплеев и обнаружения микротрещин в солнечных элементах. UV-камеры применяются для контроля процессов фотолитографии.

Фармацевтическая промышленность

Гиперспектральная визуализация в SWIR-диапазоне позволяет дифференцировать материалы по их химическому составу, что используется для контроля качества фармацевтической продукции и идентификации активных компонентов. NIR-камеры применяются для контроля заполнения ампул и флаконов.

Производство и обработка материалов

SWIR-камеры эффективно детектируют тепловое излучение от объектов, нагретых свыше 150-250°C. Это позволяет использовать их для инспекции горячего стекла, контроля плавильных печей или обнаружения перегревшихся компонентов в электронике. Поляризационные камеры выявляют внутренние напряжения в прозрачных и полупрозрачных материалах.

Научные исследования и разработки

Все типы специализированных камер Baumer находят применение в научных исследованиях: от изучения биологических образцов с помощью UV-микроскопии до анализа состава материалов с использованием NIR- и SWIR-спектроскопии.

Рекомендации по выбору и эксплуатации

Критерии выбора типа камеры

Основным критерием выбора между NIR и SWIR камерами является характер решаемой задачи. NIR-оптимизированные камеры подходят для работы в условиях низкой освещенности или общей контрастности в ИК-свете. SWIR-сенсоры необходимы когда требуется анализ химического состава, обнаружение влаги или видение сквозь определенные материалы.

UV-камеры выбирают для задач, связанных с флуоресценцией или отражением в ультрафиолетовом диапазоне. Поляризационные камеры эффективны для анализа поверхностей, обнаружения напряжений и подавления бликов.

Особенности эксплуатации SWIR-камер

Для стабильной работы InGaAs-сенсоров критически важен контроль температуры. При проектировании системы необходимо обеспечить эффективный теплоотвод, используя штатные средства камеры. SWIR-камеры требуют специальных объективов из материалов, пропускающих ИК-излучение, таких как флюорит кальция или специальные оптические стекла.

Нормативные аспекты

SWIR-камеры с чувствительностью свыше 1000 нм могут подпадать под действие экспортного контроля. Это важно учитывать при планировании международных проектов и поставок.

Комплексный подход к построению системы

Камеры Baumer совместимы с широким спектром компонентов: объективов, фильтров, источников освещения и интерфейсных плат. Для каждого спектрального диапазона требуется соответствующее освещение и оптика, что необходимо учитывать при проектировании системы машинного зрения.

Заключение

Камеры UV, NIR, SWIR и поляризационные камеры Baumer Electric представляют собой сложные системы, обеспечивающие получение информации о промышленных объектах и процессах, недоступной при использовании стандартных камер. Благодаря глубокому пониманию физических принципов, инженерным решениям в области управления температурой и коррекции дефектов, а также ориентации на реальные промышленные задачи, продукты Baumer занимают значимое место в системах промышленной автоматизации и научных исследований.