Avec les versions 1.11 et 1.12 du micrologiciel, Heliotis continue de développer de manière cohérente la plateforme Gen4 pour heliInspect et heliCam. Outre de nombreuses améliorations de détail, les utilisateurs bénéficient notamment d’une précision de mesure accrue des interféromètres à lumière blanche heliInspect, d’une plage de mesure verticale plus étendue, de nouvelles possibilités d’intégration ainsi que de fonctions supplémentaires pour les caméras Lock-in heliCam.
Comme à l’accoutumée, toutes les améliorations sont à la disposition des clients existants via une mise à jour du micrologiciel – un remplacement du matériel n’est pas nécessaire.
Précision de mesure accrue grâce à une acquisition de données et une reconstruction de surface optimisées
La précision de mesure d’un interféromètre à lumière blanche n’est pas déterminée uniquement par l’optique et la mécanique. Il est tout aussi crucial de savoir comment les signaux d’interférence sont acquis pendant le balayage et analysés par la suite. Avec le micrologiciel 1.11, deux améliorations fondamentales ont donc été introduites pour agir précisément sur ces points.
Référencement basé sur l’encodeur
Dans les versions précédentes du micrologiciel, les trames de mesure enregistrées lors d’un balayage étaient déjà liées à la position actuelle de l’encodeur de l’axe de balayage. Cela permettait de compenser largement les écarts par rapport à une vitesse de balayage constante dès la reconstruction.
Avec le nouveau mode « Encoder-Based Reference », l’acquisition des données franchit une étape supplémentaire. Les trames de mesure ne sont plus enregistrées à une fréquence d’images fixe pour être ensuite affectées à une position d’encodeur. Au lieu de cela, l’axe de balayage déclenche chaque prise de vue directement à une position d’encodeur définie. Ainsi, les trames de mesure sont générées dès l’acquisition à des intervalles équidistants de λ/8.
Outre une affectation de position encore améliorée, le traitement du signal dans le capteur d’image heliSens en profite également, car la démodulation Lock-in s’effectue dans des conditions d’échantillonnage idéales. Associé au nouveau mode « CenterOfMassPhaseFusion », l’« Encoder-Based Reference Mode » constitue la base de l’amélioration significative de la répétabilité présentée dans la section suivante.
CenterOfMassPhaseFusion comme mode d’extraction intégré
Avec le micrologiciel 1.11, la reconstruction de surface a été enrichie du nouveau mode d’extraction CenterOfMassPhaseFusion. L’algorithme combine l’information de position robuste et univoque de l’enveloppe de cohérence avec l’information de phase nettement plus précise. Il réunit ainsi les avantages des deux méthodes d’évaluation : une large plage de mesure univoque combinée à une précision de mesure maximale.
Alors que cet algorithme devait jusqu’à présent être appelé comme étape de traitement séparée à partir de la bibliothèque heliAlgo, il est désormais directement intégré dans l’évaluation standard de la plateforme Gen4 et disponible en tant que mode d’extraction natif via l’API. Les applications bénéficient ainsi de la reconstruction améliorée sans effort d’implémentation supplémentaire – qu’elles accèdent à la caméra via GenICam, HALCON, MATLAB, Python ou d’autres environnements logiciels.
Associé au référencement basé sur l’encodeur, le CenterOfMassPhaseFusion permet l’amélioration significative de la répétabilité présentée dans la section suivante.
Répétabilité améliorée
La combinaison du référencement basé sur l’encodeur et du nouveau mode de reconstruction CenterOfMassPhaseFusion améliore considérablement la répétabilité, en particulier pour les mesures de hauteur de marche de haute précision. Alors que les améliorations précédentes contribuent déjà individuellement à une meilleure qualité de mesure, leur combinaison permet d’obtenir les meilleurs résultats.
La mesure comparative suivante montre l’écart-type de mesures de hauteur de marche répétées pour différents procédés d’acquisition de données et de reconstruction. Selon la tâche de mesure et la configuration, la répétabilité peut être encore nettement augmentée par rapport à l’évaluation standard actuelle.
Les valeurs indiquées se rapportent à la répétabilité de pixels individuels du capteur d’image par rapport à un plan de référence. Contrairement à de nombreuses fiches techniques publiées, aucune moyenne n’est effectuée sur de grandes surfaces ou sur plusieurs centaines de pixels, ce qui signifie que les résultats de mesure reflètent de manière conservatrice les performances réelles du système. Les mesures ont été effectuées sur un heliInspect H8 Ultra sans amortissement actif des vibrations.
| Step Height [µm] | Target ± nm | Time-Based Referenz | Encoder-Based Referenz | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Improved Center of Mass | Center of Mass Phase Fusion | Improved Center of Mass | Center of Mass Phase Fusion | ||||||
| σ [nm] | Hight [µm] | σ [nm] | Hight [µm] | σ [nm] | Height [µm] | σ [nm] | Höhe [µm] | ||
| 1.002 | 24 | 20 | 1.002 | 5 | 1.003 | 16 | 1.001 | 1 | 1.002 |
| 5.009 | 22 | 20 | 4.991 | 7 | 4.996 | 16 | 4.998 | 2 | 4.999 |
| 20.000 | 26 | 20 | 19.984 | 7 | 19.994 | 16 | 20.000 | 2.5 | 19.997 |
| 900.54 | 40 | 20 | 900.55 | 7 | 900.58 | 16 | 900.57 | 3.3 | 900.56 |
Plage de mesure verticale plus étendue grâce à une utilisation plus efficace de la mémoire
Les systèmes heliInspect n’utilisent pas un capteur d’image 2D conventionnel, mais le capteur d’image Lock-in heliSens développé par Heliotis. La démodulation Lock-in s’effectue directement dans le pixel. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de transmettre et d’analyser l’intégralité des images brutes. Au lieu de cela, des données de mesure démodulées sont générées dès le capteur, ce qui permet d’effectuer des mesures en lumière blanche typiquement jusqu’à 100 fois plus rapidement qu’avec des capteurs d’image conventionnels.
Chaque pixel intègre le signal d’interférence sur plusieurs cycles de modulation et mémorise les deux composantes du signal démodulé – la composante en phase (I) et la composante en quadrature (Q). Ces deux valeurs forment ensemble une trame de mesure. Lors d’un balayage vertical, une pile complète de trames de mesure est ainsi créée, contenant l’information complète de l’interférogramme enregistré.
Pour la reconstruction de la surface, cette pile de trames de mesure doit être entièrement mise en mémoire tampon sur la caméra. Ce n’est qu’une fois le balayage terminé que la caméra détermine, à partir des trames de mesure pour chaque pixel, la position du maximum d’interférence et calcule ainsi la hauteur de la surface. La capacité de mémoire disponible détermine donc directement le nombre maximal de trames de mesure et, par conséquent, la plage de mesure verticale du système.
Avec le micrologiciel 1.12, la gestion de la mémoire de la plateforme Gen4 a été fondamentalement remaniée. Grâce à une utilisation plus efficace de la mémoire disponible, la caméra peut désormais – selon le type de capteur – traiter jusqu’à trois fois plus de trames de mesure par acquisition. La plage de mesure verticale maximale utilisable augmente en conséquence, sans qu’aucune modification du matériel ne soit nécessaire.
Selon l’objectif, il est ainsi possible de capturer des plages de hauteur de plus d’un centimètre en un seul balayage continu. Pour des objets de mesure encore plus grands, la fonction « Segmented-Volume » est en outre disponible, laquelle fusionne automatiquement plusieurs sous-volumes verticaux en un jeu de données 3D commun.
| Configuration du capteur | Nombre maximal de trames (précédemment) |
Nombre maximal de trames (micrologiciel 1.12.0) |
|---|---|---|
| heliSens S4H Single Memory | 1348 | 2700 |
| heliSens S4H Dual Memory | 1348 | 4048 |
| heliSens S4M Single Memory | 338 | 674 |
| heliSens S4M Dual Memory | 338 | 1022 |
Mise en service et diagnostic basés sur un navigateur
Avec le micrologiciel 1.12, une interface utilisateur basée sur un navigateur est disponible pour la première fois avec heliViewer 4. L’accès se fait directement via un navigateur Web – aucune installation de logiciel supplémentaire sur le PC hôte n’est nécessaire.
heliViewer 4 permet la visualisation de topographies, d’images d’amplitude et de données en direct, ainsi que l’accès direct à l’ensemble des paramètres de la caméra. L’éventail des fonctions est complété par des fonctions de diagnostic intégrées et un assistant de configuration qui guide l’utilisateur étape par étape lors de la première mise en service.
L’accès via navigateur complète les interfaces GenICam, SDK et API existantes. Ainsi, pratiquement n’importe quel PC ou ordinateur portable peut être utilisé comme station de service ou d’ingénierie, ce qui facilite notamment la mise en service, la maintenance et le diagnostic directement sur la machine.
heliViewer4 embedded – Démarrage rapide
Intégration transparente dans les systèmes de vision industrielle – désormais aussi pour Cognex VisionPro
L’intégration dans les environnements de vision industrielle existants est un objectif de développement central de la plateforme Heliotis Gen4 depuis de nombreuses années. Toutes les fonctions de la caméra sont disponibles via GenICam conformément aux normes et peuvent ainsi être intégrées dans la plupart des bibliothèques de vision industrielle sans effort de développement supplémentaire.
En tant que membre votant du consortium GenICam, Heliotis participe activement au développement de ce standard industriel. En collaboration avec différents éditeurs de logiciels, de nombreuses implémentations GenICam ont été perfectionnées et complétées conformément aux normes au cours des dernières années. Aujourd’hui, pratiquement toutes les plateformes de vision industrielle courantes compatibles GenICam supportent l’intégration des systèmes heliInspect.
Avec le micrologiciel 1.12, cet écosystème logiciel s’enrichit du support de Cognex VisionPro. Comme l’interface GenICam de VisionPro ne supporte pas encore intégralement les fonctions requises pour heliInspect, l’intégration a été réalisée via l’« Application Integration Kit » de Cognex. Ainsi, heliInspect est désormais disponible nativement pour les utilisateurs de Cognex VisionPro, sans middleware supplémentaire.
Nouvelles fonctions pour les caméras Lock-in heliCam
Les interféromètres à lumière blanche heliInspect ne sont pas les seuls à bénéficier des versions 1.11 et 1.12 du micrologiciel. Les heliCam C4 et C4M ont également été enrichies de nouvelles fonctions qui accélèrent les processus de mesure, simplifient la synchronisation d’expériences complexes et facilitent la mise en service.
Accumulation I/Q sur la caméra
De nombreuses applications Lock-in reposent sur la moyenne d’un grand nombre de mesures I/Q. Avec le micrologiciel 1.11, cette accumulation peut désormais s’effectuer directement sur la caméra. Au lieu de transmettre toutes les trames I/Q individuelles au PC hôte, seules une image I accumulée et une image Q accumulée sont transmises.
Selon l’application, le volume de données à transmettre est ainsi considérablement réduit, ce qui peut raccourcir nettement le temps de mesure global. Parallèlement, un nombre bien plus important de mesures individuelles peut être regroupé en une seule acquisition.
Nouvelles options de déclenchement pour les montages de mesure complexes
Un nouveau mode de déclenchement (trigger) permet de démarrer chaque trame de mesure I/Q individuelle d’une séquence par un signal de déclenchement externe. Cela permet de synchroniser beaucoup plus facilement l’heliCam avec des expériences externes.
Un exemple typique est la synchronisation avec un signal carré à haute fréquence. En combinaison avec le « Quarter-Period-Triggering », la relation de phase entre les différentes mesures reste exactement définie et reproductible.
Mode d’intensité de bas niveau (Low-Level-Intensity)
Avec le micrologiciel 1.12, un mode d’intensité de bas niveau est également disponible. Celui-ci fournit une image d’intensité en direct semblable à celle d’une caméra conventionnelle et facilite notamment la mise en service des montages optiques.
Ce mode convient par exemple pour la mise au point, l’alignement de composants optiques ou le positionnement d’un échantillon. En complément, des programmes d’exemple pour Python et MATLAB sont disponibles pour faciliter l’initiation à la commande de la caméra et l’intégration dans son propre logiciel de mesure.
Conclusion
Les versions 1.11 et 1.12 du micrologiciel enrichissent la plateforme Heliotis Gen4 de nombreuses nouvelles fonctions et améliorations de performance. Qu’il s’agisse d’une précision de mesure accrue, d’une plage de mesure verticale plus étendue, d’une mise en service via navigateur, d’une intégration logicielle transparente ou de nouvelles fonctions pour l’heliCam, les systèmes existants en bénéficient – sans aucune modification du matériel.
Chez Heliotis, le développement des produits ne s’arrête pas à la livraison d’un système. Les nouvelles versions du micrologiciel enrichissent continuellement la plateforme de fonctions supplémentaires et d’améliorations de performance, garantissant que les installations existantes profitent également du progrès technologique à long terme.
Pour nos clients, cela signifie une protection élevée de leur investissement : une part essentielle de l’innovation provient aujourd’hui des mises à jour du micrologiciel et du logiciel, et non du remplacement du matériel. Ainsi, le cycle de vie technologique de la plateforme Gen4 est prolongé et les systèmes existants gagnent continuellement en performance.
Heliotis AG