Telecamere a scansione di linea TDI
Applicazioni, Principio di funzionamento, Vantaggi
Le telecamere TDI (Time Delay Integration) sono telecamere speciali a scansione di linea che integrano i segnali luminosi su più linee. Progettate per elevate velocità di ciclo, spostano l'immagine riga per riga per aumentare l'intensità dell'illuminazione e ridurre la sfocatura del movimento. Sono spesso utilizzate nell'ispezione di wafer e semiconduttori e nell'ispezione ottica automatizzata (AOI).
I fatti più importanti del TDI
Elaborazione precisa delle immagini anche con movimenti rapidi e scarsa illuminazione
Alta sensibilità e basso rumore
Utilizzato nella produzione di semiconduttori, display ed elettronica e nell'ispezione industriale.
Funzione di integrazione di più linee di sensori durante il movimento
Moderni sensori CMOS TDI: Veloce, a basso rumore, efficiente dal punto di vista energetico e ad alta intensità di calibrazione
Aree di applicazione tipiche delle telecamere a scansione di linea TDI
Le telecamere a cella TDI sono progettate per applicazioni che richiedono movimenti rapidi e bassi livelli di illuminazione. Grazie al principio di integrazione a ritardo temporale, in cui diverse linee di sensori aggiungono gradualmente il segnale lungo la direzione del movimento, raggiungono un'elevata sensibilità con un basso rumore. Sono le preferite nella produzione di semiconduttori, display ed elettronica, dove è fondamentale un'ispezione precisa e affidabile a velocità di processo elevate.
Differenze tra telecamere TDI e telecamere a scansione lineare standard
Il TDI è adatto per processi in condizioni di scarsa illuminazione o molto veloci, dove le classiche telecamere a scansione di linea non sono sufficienti. Le telecamere a scansione di linea TDI si differenziano anche per l'esposizione e l'elaborazione del segnale: integrano più linee durante il movimento. Questo aumenta la sensibilità alla luce e riduce il rumore.
Aspetto | Telecamera a scansione lineare classica | Telecamera a scansione di linea TDI |
Struttura del sensore | 1 (o poche) righe | Molte righe consecutive (ad esempio, fino a 256 livelli) |
|---|---|---|
Sensibilità | Livello di riferimento (linea del sensore singolo) | La sensibilità aumenta con il numero di livelli di TDI (N-volte) |
Fabbisogno di luce | È richiesta un'illuminazione elevata, poiché il segnale viene integrato una sola volta | Illuminamento inferiore, poiché il segnale è integrato su più righe |
Max. Velocità dell'oggetto | Gamma di velocità limitata | Velocità nettamente superiori con la stessa quantità di segnale |
Sfocatura del movimento | Critico per il movimento veloce | Ridotto, poiché lo stesso punto viene "esposto" più volte |
Costo | basso | Medio-alto (a causa della complessità della progettazione del sistema) |
Amplificazione del segnale TDI: Principio e vantaggi dell'integrazione della luce
Grazie all'integrazione di più linee di esposizione, le moderne telecamere TDI a scansione di linea raggiungono una sensibilità fino a tre volte superiore e una gamma dinamica estesa. Ciò consente di migliorare la qualità del segnale in condizioni di scarsa illuminazione e di acquisire con maggiore precisione i dettagli nelle aree chiare e scure dell'immagine, aumentando l'affidabilità e l'efficienza dei processi di ispezione industriale.
Passo 1: inserimento della prima riga
Quando un oggetto passa sotto una telecamera a scansione di linea TDI, la prima linea di pixel del sensore rileva la luce riflessa e la converte in una carica elettrica. Questa carica viene registrata e aggiunta nuovamente a ogni stadio di integrazione successivo. A seconda della telecamera, il sensore comprende da 16 a 256 stadi di integrazione, il che aumenta notevolmente l'intensità del segnale e quindi la sensibilità.
Fase 2: Trasferimento di carica
Non appena l'oggetto si è spostato esattamente di una linea di pixel, le cariche raccolte nella prima linea vengono passate alla linea di pixel successiva e aggiunte alle nuove informazioni sulla luce. Questo processo viene ripetuto riga per riga fino alla lettura del segnale sommato. Il risultato è un'immagine notevolmente migliorata con un rapporto segnale/rumore migliore rispetto alle telecamere a scansione lineare convenzionali.
Fase 3: integrazione (aggiunta)
Quando queste cariche arrivano alla seconda linea, i pixel di questa linea catturano nuovamente la luce dallo stesso punto dell'oggetto. Le nuove cariche raccolte nel processo vengono aggiunte o integrate alle cariche esistenti (provenienti dalla prima riga). Questo rilevamento multiplo della luce e l'integrazione delle cariche garantiscono la massima potenza del segnale per pixel.
Fase 4: ripetere su tutte le file
Questo processo di spostamento e aggiunta si ripete su tutte le linee (stadi) del sensore TDI. Le cariche "si muovono" lungo il sensore, sempre sincronizzate con l'oggetto in movimento, e raccolgono sempre più informazioni luminose dallo stesso punto esatto dell'oggetto ad ogni linea.
Passo 5: lettura della riga finale
Quando le cariche accumulate raggiungono l'ultima riga del sensore, vengono lette. Il valore del pixel risultante contiene la somma delle informazioni sulla luce di un punto attraverso tutte le linee di integrazione. In questo modo si ottiene un segnale più forte e meno rumoroso che risolve le piccole differenze di luminosità e consente valutazioni più precise in condizioni di scarsa luminosità.
Controllo e sincronizzazione dell'esposizione per telecamere a scansione di linea TDI
Le telecamere TDI a scansione di linea pongono requisiti elevati in termini di sincronizzazione e controllo dell'esposizione. La calibrazione è complessa e deve essere precisa per evitare distorsioni. L'esatto coordinamento tra il movimento della telecamera e quello dell'oggetto è fondamentale per garantire una qualità d'immagine costantemente elevata.
Sincronizzazione e calibrazione
Grazie a precisi sistemi di controllo e hardware di sincronizzazione, la telecamera viene adattata con precisione alla velocità dell'oggetto. I nostri frame grabber offrono funzioni integrate di trigger e sincronizzazione che valutano i segnali dell'encoder e generano trigger di linea precisi e segnali di avvio/arresto per la telecamera a scansione di linea TDI. La calibrazione e la manutenzione compensano la deriva e l'usura e assicurano la sincronizzazione per una qualità costante delle immagini.
Controllo del movimento dell'oggetto e dell'acquisizione delle immagini
I controlli adattativi rilevano le variazioni di velocità e regolano dinamicamente le impostazioni della telecamera. L'immagine rimane stabile anche in presenza di profili di movimento variabili; anche i valori misurati rimangono precisi. In questo modo si riducono i ritardi e si regolano con precisione i parametri di esposizione e messa a fuoco.
Immagini chiare in qualsiasi condizione di luce
Immagini chiare in tutte le condizioni di luce richiedono un'illuminazione uniforme e sufficientemente forte, se necessario con sorgenti luminose aggiuntive o luce IR per migliorare il contrasto. Utilizzando le interfacce CXP con un'elevata velocità di trasmissione dei dati nell'ordine dei Gbit/s e una latenza minima (da microsecondi a pochi millisecondi), l'elevata qualità delle immagini viene trasmessa quasi in tempo reale. I dati dell'immagine sono quindi immediatamente disponibili per decisioni rapide relative al processo.
Conclusione: Il TDI offre un'elevata qualità d'immagine in condizioni difficili
Le telecamere a scansione di linea TDI consentono di ottenere un'elevata qualità dell'immagine con movimenti particolarmente rapidi e in condizioni di scarsa illuminazione.
Settori di applicazione: Ispezione nella produzione di semiconduttori, test di circuiti stampati e schermi piatti e altri.
Differenze rispetto alle telecamere a scansione di linea convenzionali: Integrazione multipla del segnale su più linee del sensore invece di una singola esposizione, con conseguente sensibilità significativamente più elevata e un migliore rapporto segnale/rumore.
Come funziona: L'immagine di un oggetto in movimento viene catturata linea per linea; la carica elettrica di ogni linea viene trasmessa e aggiunta in sincronia con il movimento dell'oggetto'.
Sfide: Sono necessarie un'illuminazione stabile e una sincronizzazione precisa del movimento dell'oggetto, della scansione del sensore e della calibrazione, e la sensibilità alla deriva.
Sistema di visione TDI di Basler
Il sistema di visione TDI di Basler offre una base potente e affidabile per le tue esigenze di progetto. Lavoriamo con te per sviluppare un sistema all'avanguardia e a prova di futuro, specificamente adattato alle tue esigenze: la telecamera a scansione lineare racer 2 XL TDI, ad esempio, fornisce immagini superbamente illuminate alla massima velocità con 256 livelli TDI. Con il nostro supporto, viene creata una soluzione a prova di futuro, con singoli componenti personalizzati per la tua applicazione.
Domande frequenti sulle telecamere a scansione di linea TDI
Le telecamere TDI a scansione di linea catturano un oggetto attraverso molte linee del sensore e sommano i segnali di diverse esposizioni. Ciò consente di ottenere una sensibilità e una qualità dell'immagine notevolmente superiori, soprattutto in condizioni di scarsa illuminazione o di movimenti rapidi.
La tecnologia TDI è particolarmente efficiente nei sistemi di ispezione ad alta velocità, ad esempio nei test dei semiconduttori e dei circuiti stampati o nell'imaging scientifico.
Con il metodo TDI, le informazioni luminose riflesse dall'oggetto vengono registrate riga per riga e trasmesse in sincronia con il movimento dell'oggetto. Ogni linea aggiunge nuovi segnali luminosi, amplificando il segnale complessivo.
I sistemi TDI richiedono un'illuminazione uniforme e stabile e una sincronizzazione precisa tra il movimento dell'oggetto e la scansione del sensore per produrre immagini nitide e prive di distorsioni.
Una meccanica senza derive, un controllo preciso della velocità e una calibrazione regolare sono fondamentali. Per trasferire i dati in modo efficiente, è importante anche l'integrazione con interfacce ad alta velocità come CoaXPress o Camera Link.