焊接質(zhì)量實時在線圖像檢測相機選擇

科天健

l  CMOS數(shù)字工業(yè)相機

CMOS是Complimentary Metal Oxide Semiconductor (互補型金屬氧化半導體)的簡稱，CMOS和CCD傳感器一樣，是在Si（硅）半導體材料上制作的。新一代CMOS采用有源像素設(shè)計，每個像元由一個能夠?qū)⒐庾愚D(zhuǎn)化成電子的光電二極管、一個電荷/電壓轉(zhuǎn)換器、一個重置和一個選取晶體管，以及增益放大器組成。CMOS傳感器結(jié)構(gòu)排列上像是一個計算機內(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鐘信號、讀出信號與縱隊排列輸出信號相互連接。CMOS圖像傳感器的每個像元內(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，以類似計算機內(nèi)存DRAM的簡單X-Y尋址技術(shù)的方式讀出信號，這種方式允許CMOS從整個排列、部分甚至單個像素來讀出信號，這一點是和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)換器實時把光電二極管生成的光電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號，原理上消除了“Blooming”和“Smear”效應，使強光對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)入射光信號的強弱調(diào)整增益水平，使放大器特性不再僅是線性的。現(xiàn)代CMOS相機具有多種輸出模式：線性模式、雙斜率模式、對數(shù)模式和γ校正模式等，不同的輸出模式，對應的信號動態(tài)范圍不同，可適應不同的使用要求。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)置為多段類對數(shù)特性，動態(tài)范圍提高很大，最大動態(tài)范圍可達120dB。

在焊接應用中，觀測區(qū)域輻射光強的差異很大，光強動態(tài)范圍通常大于100dB。對這種光強變化劇烈的應用，CMOS因為沒有“Blooming”，“Smear”效應，通過設(shè)定像元放大器增益特性盡可能擴展其動態(tài)范圍，獲取焊接熔池的清晰圖像有了可能。