DALSA CIS 创新塑造接触式图像传感器技术的未来

2025-04-14
接触式图像传感器(CIS)的技术革新正深度重塑机器视觉领域格局。依托其高速成像、高分辨率、宽动态范围及真实计量(True Metrology)等核心特性,CIS在空间受限场景——如动力电池、印刷工艺与PCB生产线的精密检测中展现出独特优势。

CIS相较于传统线扫描相机的结构性突破,首先体现在微型化设计带来的空间适配性。其典型工作距离仅需10-20mm,而传统线扫描系统则需250-500mm的安装空间。这一特性使其完美契合紧凑型产线设计需求,尤其是在实时在线自动光学检测(AOI)场景中,CIS已成为高吞吐量质量控制的关键载体。此外,CIS通过将光学镜头、成像单元与照明系统高度集成,大幅简化了设备部署流程,显著加速系统开发周期。这些技术优势正推动CIS在工业检测领域的渗透率持续攀升。

图1.接触式图像传感器与传统线扫描相机对比

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高速与高分辨率:突破系统效能天花板

速度与分辨率作为视觉系统的核心指标,恰是当前CIS技术亟待突破的瓶颈。新一代解决方案通过像素微缩化与行频提升的双轨策略,实现性能跃升。以电动汽车动力电池检测为例,为捕捉极片涂布中45µm级缺陷,系统需同步满足≥900dpi分辨率与5m/min线速要求。通过将像素尺寸压缩至3.5µm并提升行频至80kHz,CIS可在维持产线吞吐量的同时达成亚微米级缺陷识别。

分辨率提升对计量精度的增益效应显著。如图2所示,对比600dpi(行业主流标准)与900dpi系统对45µm/线目标的检测数据,模块化传递函数(MTF)均值提升达50%,标准差收窄约30%。这种精度跃迁在EV电池极耳焊接检测等场景中,可直接转化为良率提升与质量成本下降。

图2.黑白线对目标的实测MTF、平均值和标准差

数据传输架构的创新进一步释放了系统潜力。基于Camera Link HS(CLHS)协议的光纤传输方案,单通道可实现24亿像素/秒的超高速率,且300米传输距离与电磁干扰(EMI)免疫特性,完美适配工业现场环境。通过多模块并联至单一采集卡的架构设计,系统综合成本可降低30%以上。

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宽动态范围:攻克反光与低反材料检测难题

针对高反射金属箔材与深色基材的成像挑战,CIS创新采用双线传感器架构:通过独立控制两条像素线的曝光参数,分别捕获高亮区域(短曝光)与暗部细节(长曝光),最终融合生成120dB动态范围图像。该技术在锂电铜箔缺陷检测中已验证其有效性——在强反射干扰环境下,涂布瑕疵检出率从92%提升至99.5%,误报率控制在0.1%以下。

图3.采用不同曝光时间的双线传感器实现高动态范围(HDR)成像

图4:电池涂层工艺

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计量级精度:从像素补偿到无损测量

CIS的远心光学设计虽能提供1:1无畸变成像,但传统拼接式晶片组装工艺导致的像素缺失问题,严重制约其计量应用。市场主流方案通过数据插值填补间隙,却不可避免引入测量误差。创新性的交错式CMOS架构通过精密排布消除晶片间隙,配合智能图像拼接算法,在800mm视野范围内实现±50μm绝对精度(20℃校准环境)。经第三方验证,该指标满足IEC 62933-5对储能电池极片的尺寸公差要求。
近距检测带来的粉尘挑战亦需特别应对。采用IP60防护等级的光路密封设计,可使CIS在粉尘浓度5mg/m³的工况下持续稳定运行10,000小时,MTBF(平均无故障时间)达到传统方案的3倍以上。



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CIS技术演进:从专项突破到系统赋能

起源于消费电子扫描设备的CIS技术,现已成为工业机器视觉的重要使能者。未来技术迭代将聚焦三个维度:
- **速度-分辨率平衡**:通过背照式(BSI)传感器与量子效率优化,在维持900dpi分辨率下实现10m/min线速;
- **环境适应性增强**:开发可调工作距离(20-100mm)与扩展景深(±5mm)模块,适配多场景检测需求;
- **多光谱融合**:集成UV-IR波段传感能力,实现复合材料内部结构无损检测。
这些技术突破将推动工业检测向零缺陷目标持续迈进。


接触式图像传感器技术的持续发展也在为那些对精度和空间效率要求极高的行业中的机器视觉系统开辟新的可能性。凭借其高速、高分辨率和高动态范围成像的能力,以及紧凑设计形式下的真正计量学特性,CIS已成为电池生产、印刷和PCB检测等行业中的关键组件。通过解决像素间隙、高速数据传输和高动态范围等挑战,CIS技术已准备好迎接挑战,满足现代生产线日益增长的需求。那些能够充分利用CIS技术进步的公司,将在现代生产环境中占据有利地位,以满足现代生产环境中不断增长的需求。

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结论

接触式图像传感器(CIS)技术的持续演进正在为高精度与空间敏感型应用场景的机器视觉系统创造全新机遇。凭借其高速成像、超高分辨率、宽动态范围等核心性能指标,以及紧凑架构下的真实计量学(True Metrology)特性,CIS已成为动力电池制造、精密印刷及PCB检测等领域的核心检测组件。通过突破像素间隙补偿、高速数据链路传输和宽动态范围成像等关键技术瓶颈,CIS技术已完全具备满足现代化智能产线严苛检测需求的能力。能够率先实现CIS技术深度集成的企业,将在智能制造转型浪潮中获得显著的竞争优势。

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