焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)在線圖像檢測(cè)相機(jī)選擇

科天健

l  CMOS數(shù)字工業(yè)相機(jī)

CMOS是Complimentary Metal Oxide Semiconductor (互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體)的簡(jiǎn)稱，CMOS和CCD傳感器一樣，是在Si（硅）半導(dǎo)體材料上制作的。新一代CMOS采用有源像素設(shè)計(jì)，每個(gè)像元由一個(gè)能夠?qū)⒐庾愚D(zhuǎn)化成電子的光電二極管、一個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)重置和一個(gè)選取晶體管，以及增益放大器組成。CMOS傳感器結(jié)構(gòu)排列上像是一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)存DRAM或平面顯示器，覆蓋在整塊CMOS傳感器上的金屬格子將時(shí)鐘信號(hào)、讀出信號(hào)與縱隊(duì)排列輸出信號(hào)相互連接。CMOS圖像傳感器的每個(gè)像元內(nèi)集成的電荷/電壓轉(zhuǎn)換器把像元產(chǎn)生的光電荷轉(zhuǎn)換后直接輸出電壓信號(hào)，以類似計(jì)算機(jī)內(nèi)存DRAM的簡(jiǎn)單X-Y尋址技術(shù)的方式讀出信號(hào)，這種方式允許CMOS從整個(gè)排列、部分甚至單個(gè)像素來(lái)讀出信號(hào)，這一點(diǎn)是和CCD完全不一樣的， 也是CCD做不到的。另外，內(nèi)置的電荷/電壓轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)把光電二極管生成的光電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，原理上消除了“Blooming”和“Smear”效應(yīng)，使強(qiáng)光對(duì)相鄰像元的干擾降到很小。

新一代CMOS傳感器像元內(nèi)部集成的放大器增益是可程控的，可設(shè)定像元內(nèi)部集成放大器的增益特性，讓其根據(jù)入射光信號(hào)的強(qiáng)弱調(diào)整增益水平，使放大器特性不再僅是線性的?，F(xiàn)代CMOS相機(jī)具有多種輸出模式：線性模式、雙斜率模式、對(duì)數(shù)模式和γ校正模式等，不同的輸出模式，對(duì)應(yīng)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍不同，可適應(yīng)不同的使用要求。如瑞士PhotonFocus采用其專利的LinLogTM 技術(shù)后，像元放大器特性增益特性可程控設(shè)置為多段類對(duì)數(shù)特性，動(dòng)態(tài)范圍提高很大，最大動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120dB。

在焊接應(yīng)用中，觀測(cè)區(qū)域輻射光強(qiáng)的差異很大，光強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍通常大于100dB。對(duì)這種光強(qiáng)變化劇烈的應(yīng)用，CMOS因?yàn)闆](méi)有“Blooming”，“Smear”效應(yīng)，通過(guò)設(shè)定像元放大器增益特性盡可能擴(kuò)展其動(dòng)態(tài)范圍，獲取焊接熔池的清晰圖像有了可能。