펌웨어 버전 1.11 및 1.12를 통해 Heliotis는 heliInspect 및 heliCam용 Gen4 플랫폼을 지속적으로 발전시키고 있습니다. 수많은 세부 개선 사항 외에도 사용자는 특히 heliInspect 백색광 간섭계의 향상된 측정 정확도, 확장된 수직 측정 범위, 새로운 통합 옵션 및 heliCam Lock-in 카메라를 위한 추가 기능의 혜택을 받으실 수 있습니다.
기존 고객께서는 펌웨어 업데이트를 통해 모든 개선 사항을 이용하실 수 있으며, 하드웨어 교체는 필요하지 않습니다.
최적화된 데이터 수집 및 표면 재구성을 통한 측정 정확도 향상
백색광 간섭계의 측정 정확도는 광학 및 기계 구조만으로 결정되지 않습니다. 스캔 중 간섭 신호를 수집하고 이후 평가하는 방식도 마찬가지로 중요합니다. 따라서 펌웨어 1.11에서는 바로 이러한 지점에 초점을 맞춘 두 가지 근본적인 개선 사항이 도입되었습니다.
인코더 기반 참조
이전 펌웨어 버전에서도 스캔 중 획득된 측정 프레임은 스캔 축의 현재 인코더 위치와 연결되었습니다. 이를 통해 일정한 스캔 속도로부터의 편차를 재구성 단계에서 이미 상당 부분 보정할 수 있었습니다.
새로운 인코더 기반 참조 모드를 통해 데이터 수집이 한 단계 더 발전하였습니다. 이제 측정 프레임은 고정된 프레임 속도로 획득된 후 인코더 위치에 할당되는 것이 아니라, 스캔 축이 정의된 인코더 위치에서 직접 각 획득을 트리거합니다. 이를 통해 측정 프레임이 획득 중에 이미 λ/8의 등간격으로 생성됩니다.
위치 할당의 추가 개선 외에도 heliSens 이미지 센서의 신호 처리도 이점을 얻습니다. Lock-in 복조가 이상적인 샘플링 조건에서 수행되기 때문입니다. 새로운 CenterOfMassPhaseFusion과 함께 인코더 기반 참조 모드는 다음 섹션에서 보여드릴 반복 정확도의 현저한 개선을 위한 기반을 형성합니다.
통합 추출 모드로서의 CenterOfMassPhaseFusion
펌웨어 1.11을 통해 표면 재구성에 새로운 추출 모드인 CenterOfMassPhaseFusion이 추가되었습니다. 이 알고리즘은 코히어런스 엔벨로프의 강건하고 명확한 위치 정보와 훨씬 더 정밀한 위상 정보를 결합합니다. 이를 통해 두 평가 방법의 장점, 즉 넓은 명확한 측정 범위와 동시에 최고의 측정 정밀도를 결합합니다.
이 알고리즘은 이전에는 heliAlgo 라이브러리에서 별도의 처리 단계로 호출해야 했지만, 이제 Gen4 플랫폼의 표준 평가에 직접 통합되어 API를 통해 네이티브 추출 모드로 제공됩니다. 애플리케이션은 GenICam, HALCON, MATLAB, Python 또는 기타 소프트웨어 환경을 통해 카메라에 액세스하는지 여부와 관계없이 추가 구현 노력 없이 개선된 재구성의 혜택을 받으실 수 있습니다.
인코더 기반 참조와 함께 CenterOfMassPhaseFusion은 다음 섹션에서 보여드릴 반복 정확도의 현저한 개선을 가능하게 합니다.
향상된 반복 정확도
인코더 기반 참조와 새로운 재구성 모드 CenterOfMassPhaseFusion의 조합은 특히 고정밀 단차 높이 측정에서 반복 정확도를 현저히 향상시킵니다. 기존 개선 사항들이 개별적으로도 이미 측정 품질 향상에 기여하지만, 이들의 조합은 최상의 결과를 달성합니다.
다음 비교 측정은 다양한 데이터 수집 및 재구성 방법에 대한 반복 단차 높이 측정의 표준 편차를 보여줍니다. 측정 작업 및 구성에 따라 기존 표준 평가 대비 반복 정확도를 다시 한번 현저히 향상시킬 수 있습니다.
제시된 값은 참조 평면에 대한 개별 이미지 센서 픽셀의 반복 정확도를 나타냅니다. 많은 공개된 데이터시트와 달리 더 넓은 영역이나 수백 개의 픽셀에 대한 평균화가 수행되지 않으므로, 측정 결과는 시스템의 실제 성능을 보수적으로 반영합니다. 측정은 능동 진동 감쇠 없이 heliInspect H8 Ultra에서 수행되었습니다.
| 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 |
효율적인 메모리 활용을 통한 수직 측정 범위 확장
heliInspect 시스템은 기존의 2D 이미지 센서가 아닌 Heliotis가 개발한 Lock-in 이미지 센서 heliSens를 사용합니다. Lock-in 복조는 픽셀에서 직접 수행됩니다. 따라서 모든 원시 이미지를 전송하고 평가할 필요가 없습니다. 대신 센서에서 이미 복조된 측정 데이터가 생성되므로, 백색광 측정을 기존 이미지 센서보다 일반적으로 최대 100배 빠르게 수행할 수 있습니다.
각 픽셀은 여러 변조 주기에 걸쳐 간섭 신호를 적분하고 두 개의 복조된 신호 성분, 즉 동위상(I) 및 직교(Q) 성분을 저장합니다. 이 두 값은 함께 하나의 측정 프레임을 형성합니다. 수직 스캔 중에 완전한 측정 프레임 스택이 생성되며, 이는 획득된 간섭도의 완전한 정보를 포함합니다.
표면 재구성을 위해서는 이 측정 프레임 스택을 카메라에 완전히 버퍼링해야 합니다. 스캔이 완료된 후에야 카메라는 각 픽셀에 대해 측정 프레임에서 간섭 최대값의 위치를 결정하고 이로부터 표면 높이를 계산합니다. 따라서 사용 가능한 메모리 용량은 측정 프레임의 최대 개수와 시스템의 수직 측정 범위를 직접적으로 결정합니다.
펌웨어 1.12를 통해 Gen4 플랫폼의 메모리 관리가 근본적으로 재설계되었습니다. 사용 가능한 메모리의 효율적인 활용을 통해 카메라는 이제 센서 유형에 따라 획득당 최대 3배 더 많은 측정 프레임을 처리할 수 있습니다. 하드웨어 변경 없이 최대 사용 가능한 수직 측정 범위가 그에 따라 확장됩니다.
대물렌즈에 따라 단일 연속 스캔으로 1센티미터 이상의 높이 범위를 획득할 수 있습니다. 더 큰 측정 대상의 경우 여러 수직 부분 볼륨을 자동으로 하나의 공통 3D 데이터 세트로 결합하는 Segmented-Volume 기능을 추가로 사용하실 수 있습니다.
| 센서 구성 | 최대 프레임 수 (이전) |
최대 프레임 수 (펌웨어 1.12.0) |
|---|---|---|
| heliSens S4H 단일 메모리 | 1348 | 2700 |
| heliSens S4H 듀얼 메모리 | 1348 | 4048 |
| heliSens S4M 단일 메모리 | 338 | 674 |
| heliSens S4M 듀얼 메모리 | 338 | 1022 |
브라우저 기반 시운전 및 진단
펌웨어 1.12를 통해 heliViewer 4가 최초로 브라우저 기반 사용자 인터페이스로 제공됩니다. 웹 브라우저를 통해 직접 액세스하며, 호스트 PC에 추가 소프트웨어 설치가 필요하지 않습니다.
heliViewer 4는 토포그래피, 진폭 이미지 및 라이브 데이터의 시각화와 모든 카메라 매개변수에 대한 직접 액세스를 가능하게 합니다. 기능 범위는 통합 진단 기능과 사용자를 초기 시운전 과정에서 단계별로 안내하는 설정 도우미로 보완됩니다.
브라우저 기반 액세스는 기존 GenICam, SDK 및 API 인터페이스를 보완합니다. 이를 통해 거의 모든 PC 또는 노트북을 서비스 또는 엔지니어링 스테이션으로 사용할 수 있으며, 특히 기계 현장에서의 시운전, 유지보수 및 진단이 용이해집니다.
산업용 이미지 처리 시스템으로의 원활한 통합 – 이제 Cognex Vision Pro도 지원
기존 머신 비전 환경으로의 통합은 수년간 Heliotis Gen4 플랫폼의 핵심 개발 목표였습니다. 모든 카메라 기능은 GenICam을 통해 표준에 따라 제공되므로, 추가 개발 노력 없이 대부분의 산업용 이미지 처리 라이브러리에 통합할 수 있습니다.
GenICam 컨소시엄의 투표 회원으로서 Heliotis는 산업 표준의 지속적인 발전에 적극적으로 참여하고 있습니다. 지난 몇 년간 다양한 소프트웨어 제조업체와 함께 수많은 GenICam 구현이 개발되고 표준에 맞게 완성되었습니다. 오늘날 거의 모든 일반적인 GenICam 호환 머신 비전 플랫폼이 heliInspect 시스템의 통합을 지원합니다.
펌웨어 1.12를 통해 이 소프트웨어 에코시스템은 Cognex VisionPro 지원으로 확장됩니다. VisionPro의 GenICam 인터페이스가 현재 heliInspect에 필요한 기능을 완전히 지원하지 않기 때문에, Cognex의 “Application Integration Kit”을 통해 통합이 수행되었습니다. 이를 통해 heliInspect는 이제 추가 미들웨어 없이 Cognex VisionPro 사용자에게도 네이티브로 제공됩니다.
heliCam Lock-in 카메라를 위한 새로운 기능
heliInspect 백색광 간섭계뿐만 아니라 heliCam C4 및 C4M도 펌웨어 버전 1.11 및 1.12를 통해 새로운 기능으로 확장되었습니다. 이러한 기능은 측정 프로세스를 가속화하고, 복잡한 실험의 동기화를 간소화하며, 시운전을 용이하게 합니다.
카메라 내 I/Q 누적
많은 Lock-in 애플리케이션은 다수의 I/Q 측정의 평균화를 기반으로 합니다. 펌웨어 1.11을 통해 이 누적을 이제 카메라에서 직접 수행할 수 있습니다. 모든 개별 I/Q 프레임을 호스트 PC로 전송하는 대신, 누적된 I 이미지와 누적된 Q 이미지만 전송됩니다.
애플리케이션에 따라 전송해야 하는 데이터 볼륨이 크게 감소하여 전체 측정 시간이 현저히 단축될 수 있습니다. 동시에 훨씬 더 많은 개별 측정을 하나의 획득으로 결합할 수 있습니다.
복잡한 측정 설정을 위한 새로운 트리거 옵션
새로운 트리거 모드를 통해 시퀀스의 각 개별 I/Q 측정 프레임을 외부 트리거 신호로 시작할 수 있습니다. 이를 통해 heliCam을 외부 실험과 훨씬 더 쉽게 동기화할 수 있습니다.
일반적인 예는 고주파 구형파 신호와의 동기화입니다. Quarter-Period-Triggering과 결합하면 개별 측정 간의 위상 관계가 정확하게 정의되고 재현 가능하게 유지됩니다.
저레벨 강도 모드
펌웨어 1.12를 통해 저레벨 강도 모드가 추가로 제공됩니다. 이는 기존 카메라와 유사한 라이브 강도 이미지를 제공하며, 특히 광학 설정의 시운전을 용이하게 합니다.
이 모드는 예를 들어 초점 조정, 광학 구성 요소 정렬 또는 샘플 위치 지정에 적합합니다. 추가로 Python 및 MATLAB용 예제 프로그램이 제공되어 카메라 제어 및 자체 측정 소프트웨어로의 통합을 용이하게 합니다.
결론
펌웨어 버전 1.11 및 1.12는 Heliotis Gen4 플랫폼을 수많은 새로운 기능과 성능 개선으로 확장합니다. 향상된 측정 정확도와 확장된 수직 측정 범위부터 브라우저 기반 시운전 및 원활한 소프트웨어 통합, heliCam을 위한 새로운 기능에 이르기까지 기존 시스템은 하드웨어 변경 없이 모든 혜택을 받으실 수 있습니다.
Heliotis에서 제품 개발은 시스템 출하로 끝나지 않습니다. 새로운 펌웨어 버전은 플랫폼을 지속적으로 추가 기능 및 성능 개선으로 확장하며, 기존 설치가 장기적으로도 기술 발전의 혜택을 받을 수 있도록 보장합니다.
고객에게 이는 높은 투자 보호를 의미합니다. 오늘날 혁신의 상당 부분은 하드웨어 교체가 아닌 펌웨어 및 소프트웨어 업데이트를 통해 이루어집니다. 이를 통해 Gen4 플랫폼의 기술적 수명 주기가 연장되고 기존 시스템의 성능이 지속적으로 향상됩니다.
Heliotis AG