ファームウェアバージョン1.11および1.12により、HeliotisはheliInspectおよびheliCam向けGen4プラットフォームを一貫して進化させています。数多くの細部改善に加え、ユーザーは特に、heliInspect白色光干渉計の測定精度向上、より広い垂直測定範囲、新たな統合オプション、そしてheliCam Lock-inカメラ向けの追加機能の恩恵を受けられます。
従来どおり、すべての改善はファームウェアアップデートにより既存のお客様に提供されます。ハードウェアの交換は不要です。
最適化されたデータ取得と表面再構成による測定精度の向上
白色光干渉計の測定精度は、光学系や機構だけで決まるものではありません。スキャン中に干渉信号をどのように取得し、その後どのように評価するかも同様に重要です。そのためファームウェア1.11では、まさにこれらの点に着目した2つの基本的な改善を導入しました。
エンコーダベースのリファレンス
以前のファームウェアバージョンでも、スキャン中に取得した測定フレームはスキャン軸の現在のエンコーダ位置と関連付けられていました。これにより、一定のスキャン速度からの偏差は再構成時に大部分が補償可能でした。
新しいEncoder-Based Reference Modeでは、データ取得をさらに一歩進めています。測定フレームは固定フレームレートで取得してからエンコーダ位置に割り当てるのではなく、スキャン軸が定義されたエンコーダ位置で各撮像を直接トリガします。これにより、測定フレームは取得時点でλ/8の等間隔で生成されます。
位置割り当てがさらに改善されるだけでなく、heliSensイメージセンサー内の信号処理も恩恵を受けます。Lock-in復調が理想的なサンプリング条件で行われるためです。新しいCenterOfMassPhaseFusionと組み合わせることで、Encoder-Based Reference Modeは次章で示す再現性の大幅な改善の基盤となります。
統合抽出モードとしてのCenterOfMassPhaseFusion
ファームウェア1.11では、表面再構成に新しい抽出モードCenterOfMassPhaseFusionを追加しました。このアルゴリズムは、コヒーレンス包絡の堅牢で一意な位置情報と、はるかに高精度な位相情報を組み合わせます。これにより、両評価手法の利点—広い一意測定範囲と最高の測定精度—を同時に実現します。
これまで本アルゴリズムはheliAlgoライブラリから別個の処理ステップとして呼び出す必要がありましたが、現在はGen4プラットフォームの標準評価に直接統合され、API経由でネイティブな抽出モードとして利用できます。これにより、GenICam、HALCON、MATLAB、Python、その他のソフトウェア環境を介してカメラにアクセスする場合でも、追加の実装作業なしで改善された再構成の恩恵を受けられます。
エンコーダベースのリファレンスと組み合わせることで、CenterOfMassPhaseFusionは次章で示す再現性の大幅な改善を可能にします。
再現性の向上
エンコーダベースのリファレンスと新しい再構成モードCenterOfMassPhaseFusionの組み合わせにより、特に高精度な段差高さ測定における再現性が大幅に向上します。これまでの改善も単独で測定品質の向上に寄与しますが、組み合わせることで最良の結果が得られます。
以下の比較測定は、さまざまなデータ取得および再構成手法における、繰り返し段差高さ測定の標準偏差を示しています。測定タスクと構成に応じて、従来の標準評価に対して再現性をさらに大きく向上させることができます。
記載の値は、基準面に対する各イメージセンサーピクセルの再現性を示しています。多くの公開データシートとは異なり、より広い面積や数百ピクセルにわたる平均化は行っていないため、測定結果はシステムの実際の性能を保守的に示しています。測定は、アクティブな防振なしのheliInspect H8 Ultraで実施しました。
| 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 |
より効率的なメモリ利用による垂直測定範囲の拡大
heliInspectシステムは一般的な2Dイメージセンサーではなく、Heliotisが開発したLock-inイメージセンサーheliSensを使用しています。Lock-in復調はピクセル内で直接行われます。そのため、すべての生画像を転送して評価する必要はありません。代わりに、復調済みの測定データがセンサー上で生成され、白色光測定は従来のイメージセンサーに比べて通常最大100倍高速に実行できます。
各ピクセルは複数の変調サイクルにわたって干渉信号を積分し、復調された2つの信号成分—同相（I）成分と直交（Q）成分—を保存します。これら2つの値が1つの測定フレームを構成します。垂直スキャン中に、取得したインターフェログラムの完全な情報を含む測定フレームスタックが生成されます。
表面再構成のためには、この測定フレームスタックをカメラ内に完全に一時保存する必要があります。スキャン完了後に初めて、カメラは各ピクセルについて測定フレームから干渉最大の位置を求め、そこから表面高さを算出します。したがって、利用可能なメモリ容量は、測定フレームの最大数、ひいてはシステムの垂直測定範囲を直接決定します。
ファームウェア1.12では、Gen4プラットフォームのメモリ管理を根本的に見直しました。利用可能なメモリをより効率的に使用することで、カメラはセンサータイプに応じて、1回の取得あたり最大3倍の測定フレームを処理できるようになりました。これにより、ハードウェア変更なしで最大利用可能な垂直測定範囲が拡大します。
レンズに応じて、1回の連続スキャンで1cmを超える高さ範囲を取得できます。さらに大きな測定対象には、複数の垂直サブボリュームを自動的に1つの共通3Dデータセットへ統合するSegmented-Volume機能も利用できます。
| センサー構成 | 最大測定フレーム数 （従来） |
最大測定フレーム数 （ファームウェア 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 |
ブラウザベースの立ち上げと診断
ファームウェア1.12では、heliViewer 4として初めてブラウザベースの操作インターフェースを提供します。アクセスはWebブラウザから直接行え、ホストPCへの追加ソフトウェアのインストールは不要です。
heliViewer 4では、トポグラフィ、振幅画像、ライブデータの可視化に加え、すべてのカメラパラメータへ直接アクセスできます。さらに、統合された診断機能と、初期立ち上げをステップバイステップで案内するセットアップアシスタントにより機能が拡張されています。
ブラウザベースのアクセスは、既存のGenICam、SDK、APIインターフェースを補完します。これにより、実質的にあらゆるPCやノートPCをサービス／エンジニアリングステーションとして利用でき、特に機械の現場での立ち上げ、保守、診断が容易になります..
heliViewer4 embedded – クイックスタート
産業用画像処理システムへのシームレスな統合 – Cognex Vision Proにも対応
既存のマシンビジョン環境への統合は、Heliotis Gen4プラットフォームにおける長年の中核開発目標です。すべてのカメラ機能は標準準拠でGenICam経由で利用でき、追加の開発作業なしで多くの産業用画像処理ライブラリに統合できます
GenICamコンソーシアムのVoting Memberとして、Heliotisは産業標準の発展に積極的に参画しています。過去数年にわたり、複数のソフトウェアメーカーとともに多数のGenICam実装を改良し、標準準拠で完成度を高めてきました。現在では、実質的にすべての主要なGenICam互換マシンビジョンプラットフォームがheliInspectシステムの統合をサポートしています..
ファームウェア1.12では、このソフトウェアエコシステムにCognex VisionProのサポートが追加されます。VisionProのGenICamインターフェースは、現時点でheliInspectに必要な機能を完全にはサポートしていないため、統合はCognexの”Appliction Integration Kit”を介して行いました。これにより、heliInspectは追加のミドルウェアなしでCognex VisionProユーザーにもネイティブに利用可能となりました。
heliCam Lock-inカメラ向けの新機能
ファームウェアバージョン1.11および1.12の恩恵を受けるのは、heliInspect白色光干渉計だけではありません。heliCam C4およびC4Mにも新機能が追加され、測定手順の高速化、複雑な実験の同期の簡素化、立ち上げの容易化を実現します。
カメラ内I/Qアキュムレーション
多くのLock-inアプリケーションは、大量のI/Q測定の平均化に基づいています。ファームウェア1.11では、このアキュムレーションをカメラ上で直接実行できるようになりました。個々のI/QフレームをすべてホストPCへ転送する代わりに、アキュムレーションされたI画像とQ画像のみを転送します。
用途に応じて転送データ量を大幅に削減でき、全体の測定時間を大きく短縮できます。同時に、より多くの単発測定を1回の取得にまとめることが可能になります。
複雑な測定セットアップ向けの新しいトリガオプション
新しいトリガモードにより、シーケンス内の各I/Q測定フレームを外部トリガ信号で開始できます。これにより、heliCamを外部実験とより容易に同期させることができます。
典型例は高周波矩形信号との同期です。Quarter-Period-Triggeringと組み合わせることで、各測定間の位相関係が正確に定義され、再現可能になります。
Low-Level-Intensityモード
ファームウェア1.12では、追加でLow-Level-Intensityモードを利用できます。これは従来型カメラに近いライブ強度画像を提供し、特に光学セットアップの立ち上げを容易にします。
このモードは、例えばフォーカス合わせ、光学部品のアライメント、試料の位置決めに適しています。さらに、PythonおよびMATLAB向けのサンプルプログラムも用意されており、カメラ制御の導入や独自測定ソフトウェアへの統合を容易にします。
まとめ
ファームウェアバージョン1.11および1.12は、Heliotis Gen4プラットフォームに多数の新機能と性能改善を追加します。測定精度の向上と垂直測定範囲の拡大から、ブラウザベースの立ち上げとシームレスなソフトウェア統合、さらにheliCam向けの新機能に至るまで、既存システムはハードウェア変更なしでその恩恵を受けられます。
Heliotisでは、製品開発はシステムの出荷で終わりません。新しいファームウェアバージョンにより、プラットフォームは継続的に追加機能と性能改善で拡張され、既存の導入環境も長期にわたり技術進歩の恩恵を受けられるようにします。
お客様にとってこれは高い投資保護を意味します。今日、イノベーションの重要な部分はハードウェア交換ではなく、ファームウェアおよびソフトウェアアップデートによって生まれています。これによりGen4プラットフォームの技術的ライフサイクルが延長され、既存システムは継続的に性能を高めていきます。
Heliotis AG