Bildgebende Hyperspektralkamera Technologie
Bildgebende UV-VIS und NIR Hyperspektralkameras
LLA Instruments GmbH & Co. KG (LLA) liefert high-speed Analysetechnologien für Sortierprozesse in Industrieanlagen sowie für die Qualitätskontrolle bei Laboranwendungen bzw. in der Forschung und Entwicklung.
KUSTAx.xMSI - Bildgebende NIR Hyperspektralkameras für Recycling
High-speed Identifikation und bildgebende Analyse in Sortierprozessen
Die bildgebenden NIR Hyperspektralkameras KUSTA1.7MSI, KUSTA1.9MSI und KUSTA2.2MSIsens (KUSTAx.xMSI) sind zur Identifikation und nachfolgenden Sortierung von Materialien aus der Abfallwirtschaft bestimmt.
KUSTAx.xMSI sind besonders geeignet zur Identifikation von kleinkörnigen Materialien (speziell Flakes, Agglomerate, Granulate) ab einer Größe von
1 mm Durchmesser auf schnell bewegten Transportbändern.
Der Einsatz der Hyperspektralkamera KUSTA1.7MSI oder KUSTA2.2MSIsens, hängt von der NIR Absorptionscharakteristik des Materials ab.
Die Hyperspektralkamera KUSTA1.9MSI wurde speziell für die folgenden Anwendungen entwickelt:
■ Aussortierung von PVC aus PET-Flakes
■ Identifizierung von dünnen Folien in gemischten Kunststoffen
■ Nachweis von Additiven in Kunststoffen
■ Papier-Analyse
Schematische Darstellung einer Sortieranlage mit KUSTAx.xMSI
Das Sortiermaterial wird auf ein Förderband aufgegeben. Die Analyse erfolgt, während das Material mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2,5 m/s unter der Beleuchtungseinheit und Kamera durchfährt. Das Analyseresultat wird an die Prozesskontrolle weitergeleitet, die die Düsen am Ende des Förderbandes steuert. In Abhängigkeit vom Identifikationsergebnis wird das Sortiermaterial durchgelassen oder durch die druckluftgesteuerten Düsen aussortiert.
Technische Spezifikation KUSTA1.7MSI / KUSTA1.9MSI / KUSTA2.2MSIsens
| KUSTA1.7MSI | KUSTA1.9MSI |
KUSTA2.2MSIsens | |
| Sensor | InGaAs Photodiode Array | ||
| Genutzter Spektralbereich |
0,95 µm - 1,7 µm | 1,32 µm - 1,9 µm | 1,62 µm - 2,19 µm |
| Spektrale Auflösung | < 8 nm | ||
| Eintrittsspalt | 50 µm (30 µm oder optional 100 µm) | ||
| Verzerrungsfehler | Kein Astigmatismus | ||
| Scanrate | Max. 270 Frames/s Full Frame 5000 Frames/s kleinster ROI Modus |
Max. 795 Hz, ROI Modus nicht verfügbar |
|
| Möglicher Bereich Integrationszeit | Min. 100 µs, max. 5 s |
Min. 1 µs, max. 10 ms |
|
| Typ. Wert für Beleuchtungseinheit PMAmsi | 2100 µs | 300 µs | 450 µs |
| Anzahl der Messspuren | Max. 320 | Max. 192 | |
| Dispersion/ Pixel | 3,61 nm | 6,0 nm | |
| Digitale Auflösung | 14 bit | 16 bit | |
| Objektiv | Zeiss F2.4 / 10 mm, NIR korrigiert | ||
| Spannungsversorgung | 24 V, 2,5 A | ||
| Umgebungstemperatur Kamera | 0 °C bis +50 °C | 0 °C bis +45 °C | |
| Zugelassene Luftfeuchtigkeit Kamera | 20 % bis 90 % (nicht kondensierend) |
20 % bis 80 % (nicht kondensierend) |
|
| Gewicht Kamera | 16,8 kg | ||
| Dimension Kamera (LxBxH) | 295 mm x 166 mm x 345 mm | ||
| Dimension Kamera inkl. Umlenkheit (LxBxH) | 400 mm x 166 mm x 345 mm | ||
| Beleuchtungseinheit | PMAmsi mit Reflektoren LR30 oder LR50 (abhängig von der Durchfahrtshöhe) | ||
| Entfernung Kamera - Förderband | Bandbreite x 1,04 | ||
| Förderbandbandbreite | 500 mm bis 2800 mm | 500 mm bis 2000 mm | |
| Durchfahrtshöhe | 300 mm (LR30) oder 500 mm (LR50) | ||
| Bandgeschwindigkeit | Bis zu 2,5 m/s | ||
| Größe Sortiermaterial | 2 mm – 40 mm | ||
| Prozessschnittstelle | TCP/IP oder UDP Protokoll | ||
| Anschlüsse | Push-Pull Stecker, 1Gigabit Ethernet | ||
| Schutzart | IP67 | ||
| Zusatzoptionen | Umlenkeinheit, Montagebrücke, Schaltschrank mit Steuer PC und Netzteilen | ||
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uniSPECx.xHSI - Bildgebende NIR Hyperspektralkameras für die Forschung & Industrie
Hochgeschwindigkeitserkennung, Echtzeitanalyse & Chemical Imaging
Die High Performance Hyperspektralkameras uniSPEC1.7HSI, uniSPEC1.9HSI, uniSPEC2.2HSI und uniSPEC2.2HSIsens werden überwiegend im industriellen Umfeld zur Qualitätskontrolle eingesetzt.
Die Messgeräte zeichnen sich durch hohe analytische Präzision aus und werden zur Lösung von unterschiedlichen Identifikations- und Analyseaufgaben bei kleinkörnigen Materialien
(> 1 mm), wie PET Flakes, Elektronikkunststoffen eingesetzt. Außerdem sind die Kameras zur bildgebenden stofflichen Bewertung von Objekten mit strukturierter Materialzusammensetzung geeignet. Semi-quantitative Analyse in der gesteinverarbeitenden Industrie, Qualitätskontrolle von Lebensmitteln und Überwachung von Beschichtungsprozessen (Coatings) sind weitere Einsatzbereiche der LLA High Performance Hyperspektralkameras.
Zusätzlich sind auch wissenschaftliche Applikationen möglich, d.h. uniSPECx.xHSI werden auch in der Forschung und Entwicklung eingesetzt.
Optionales Zubehör ist unter den Geräteinformationen aufgelistet.
Die geeignete Gerätesoftware HIER.
Technische Spezifikation bildgebender Spektrograph
| uniSPEC1.7HSI | uniSPEC1.9HSI | uniSPEC2.2HSIsens | |
| Kameratyp | Bildgebende Push-broom Kamera | ||
| Genutzter Spektralbereich | 0,95 µm – 1,7 µm | 1,32 µm – 1,9 µm | 1,62 µm - 2,19 µm |
| Spektrale Auflösung | < 8 nm | ||
| Bildfeldgröße (spatial x spektral) | Max. 9,6 x 11,6 mm² | ||
| Eintrittsspalt | 50 µm (30, 100 µm optional) | ||
| Effektive Spaltlänge | 9,6 mm | ||
| Numerische Apertur | F/2.4 | ||
| Objektiv | NIR-korrigiert, Zeiss F2.4 / 10 mm (weitere Objektive auf Anfrage) | ||
| Abbildungsfehler | Kein Astigmatismus | ||
| Spurabweichung | Keystone < 0,1 Pixel, 3 µm absolut |
Keystone < 0,06 Pixel, 3 µm absolut |
|
| Wellenlängenverzerrung | Smile < 0,03 Pixel, 0,9 µm absolut |
Smile < 0,018 Pixel, 0,9 µm absolut |
|
Technische Spezifikation 2D Spektralkamera
| uniSPEC1.7HSI | uniSPEC1.9HSI | uniSPEC2.2HSIsens | |
| Sensor | InGaAs Photodiodenarray, thermoelektrisch gekühlt | ||
| Bildframe | 320 Pixel x 256 Pixel | 192 Pixel x 96 Pixel | |
| ROI modi | Min. 8 x 320 Pixel, max. 256 x 320 Pixel |
Nicht verfügbar | |
| Scanrate | Max. 270 Frames/s Full Frame, 5000 Frames/s kleinster ROI Modus |
Max. 795 Hz | |
| Integrationszeit | Min. 100 μs, max. 5 s |
Min. 1 μs, max. 10 ms |
|
| Dispersion | 3,61 nm / Pixel | 6,0 nm / Pixel | |
| Digitale Auflösung | 14 bit | 16 bit | |
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uniSPEC0.9HSI - UV-VIS Hyperspektralkamera für bildgebende Analytik
Die UV-VIS Hyperspektralkamera uniSPEC0.9HSI ist eine Erweiterung des LLA Produktportfolios der bildgebenden Hyperspektralkameras uniSPECx.xHSI für den Einsatz im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich.
Mit dieser neuen CMOS-Kameratechnologie sind Untersuchungen im kurzwelligen Bereich von 350 nm bis 950 nm möglich. Die Kamera wurde für eine Vielzahl von Industrie- und Laboranwendungen entwickelt, wie zum Beispiel:
■ Analytische Messungen (Farbanalyse, Prozess und Qualitätskontrolle),
■ Identifizierung von Mineralien,
■ Überwachung und Aussortierung von Lebensmitteln,
■ Life Science (Fluorescence, Screening)
Optionales Zubehör ist unter der Gerätetechnik aufgelistet.
Die geeignete Gerätesoftware HIER.
Ausgestattet mit einem konfigurierbarem CMOS-Sensor, verfügt die UV-VIS Hyperspektralkamera uniSPEC0.9HSI über verschiedene Messmodi, was eine Anpassung an die für die jeweilige Applikation benötigte räumliche und spektrale Auflösung ermöglicht.
Die UV-VIS Hyperspektralkamera uniSPEC0.9HSI ist in zwei Version verfügbar. Das Model uniSPEC0.9HSI_s zeichnet sich über eine maximale Ortsauflösung aus. Die Version uniSPEC0.9HSI_w ist gekennzeichnet durch eine erhöhte spektrale Auflösung.
In Kombination mit den NIR-Hyperspektralkameras uniSPECx.xHSI kann der gesamte Wellenlängenbereich von UV bis NIR abgedeckt werden. Datenformat und Benutzeroberfläche entsprechen der bewährten Struktur der NIR Hyperspektralkameras von LLA. Dadurch können auch die neuen UV-VIS Hyperspektralkameras von LLA einfach in bestehende Systemanlagen integriert werden.
Technische Spezifikation uniSPEC0.9HSI
| Parameter | Wert | ||
| Sensortyp | CMOS | ||
| Temperaturstabilisierung Sensor | Aktiv, durch Peltierelement | ||
| Eintrittsspalt | 50 µm (optional 30 µm und 100 µm) | ||
| Objektiv | Standard Objektiv F1.9 / 10 mm Objektive mit anderen Brennweiten auf Anfrage. |
||
| Spannungsversorgung | 24 V, 2,5 A | ||
| Umgebungstemperatur Kamera | +5 °C bis +45 °C Max. rel. Luftfeuchtigkeit 90 % (nicht kondensierend) |
||
| Gewicht Kamera | 16,8 kg | ||
| Dimension Kamera (LxBxH) | 295 mm x 166 mm x 345 mm | ||
| Dimension Kamera inkl. Umlenkeinheit (LxBxH) |
400 mm x 166 mm x 345 mm | ||
| Beleuchtungseinheit | PMAmsi mit Reflektoren LR30 oder LR50 (abhängig von der Durchfahrtshöhe) | ||
| Entfernung Kamera - Förderband | uniSPEC0.9HSI_s: Bandbreite x 1,08 uniSPEC0.9HSI_w: Bandbreite x 1,89 |
||
| Förderbandbreite | 500 mm - 2000 mm | ||
| Durchfahrtshöhe | 300 mm (LR30) oder 500 mm (LR50) | ||
| Bandgeschwindigkeit | Bis zu 2,5 m/s | ||
| Größe Sortiermaterial | 0,5 mm — 40 mm | ||
| Prozessschnittstelle | TCP/IP oder UDP Protokoll | ||
| Anschlüsse | Phoenix-Buchsen, Serie M12 für Power und Ethernet | ||
| Schutzart | IP67 | ||
| Zusatzoptionen | Umlenkeinheit, Montagebrücke, Schaltschrank mit Steuer PC und Netzteilen | ||
*: uniSPEC0.9HSI_s
Technische Daten üor uniSPEC0.9HSI (s- und w-version)
| Parameter | Full Frame | 3 x 3 | 5 x 5 | 6 x 6 | 10 x 10 |
| Belichtungszeit | Min: 22 µs Max: 30 µs |
Min: 4 µs Max: 10 ms |
|||
| Scan rate [Frames / s] | Max. 20 | Min: 96 Max: 230 |
Min: 158 Max: 579 |
Min:96 Max:358 |
Min: 158 Max: 579 |
| Anzahl Messspuren (spatial) uniSPEC0.9HSI_s uniSPEC0.9HSI_w |
1920 1100 |
640 366 |
384 219 |
320 183 |
192 109 |
| Anzahl Pixel in spektraler Dim. uniSPEC0.9HSI_s uniSPEC0.9HSI_w |
1100 1640 |
366 548 |
219 328 |
183 274 |
109 164 |
| Dynamikbereich | 12 bit | 14 bit | 15 bit | 16 bit | 16 bit |
| Signallimit (overflow) | 4095 | 12287 | 20479 | 49151 | 65535 |
| Spektrale Auflösung (lineare Dispersion per Pixel) |
0.365 nm | 1.1 nm | 1.83 nm | 2.19 nm | 3.66 nm |
| Wellenlängenbereich uniSPEC0.9HSI_s uniSPEC0.9HSI_w |
Δλ=400 nm, wahlweise 350 nm – 950 nm 350 nm – 950 nm |
||||
| Effektive Pixelgröße | 5 µm | 15 µm | 25 µm | 30 µm | 50 µm |
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Optionales Zubehör
Optionales Zubehör für KUSTAx.xMSI, uniSPECx.xHSI und uniScanRGB
Um die maximale Leistungsfähigkeit unserer Kameras zu erreichen, empfehlen wir den Aufbau der Messtechnik mit unserem optischem Equipment:
■ Beleuchtungseinheit PMAmsi-230V,
■ Montagebrücke,
■ Kalibrierung,
■ RGB Farbzeilen Kamera und einer
■ Ventilsteuerung für pneumatische Austrageinheiten geliefert werden.
Die RGB Farbzeilenkamera uniScanRGB kann optional mit einer Kalibrierung, Montagenrücke, Beleuchtungseinheit oder Ventilsteuerung ausgestattet werden.
Alle Informationen zu diesem Zubehör finden Sie hier detailliert beschrieben.
Beleuchtungseinheit PMAmsi
Die Beleuchtungseinheit PMAmsi dient zur Identifikation von diffus reflektierenden NIR-aktiven Stoffen im Produktionsprozess in Verbindung mit der Hyperspektralkamera.
Das System ist sowohl für lichtundurchlässiges, nicht schwarzes Material als auch für halbtransparente, nur teilweise reflektierende Stoffe geeignet. Die Beleuchtungseinheit wird über dem Transportband mit dem Sortiergut installiert. Der Messabstand von 500 mm eignet sich besonders für die Kunststoffsortierung oder andere Sortieranwendungen im Recycling. Der Messabstand von 300 mm eignet sich für die Sortierung von kleineren Partikeln, wie zum Beispiel PET Flakes. Die Messung erfolgt berührungslos von oben während das Sortiermaterial unter der Beleuchtung hindurchfährt.
Optional wird die Beleuchtungseinheit mit einer Montagebrücke geliefert. Diese ermöglicht die präzise definierbare Ausrichtung von Beleuchtungseinheit und Hyperspektralkamera.
Komponenten und Ausführungen
Die Beleuchtungseinheit PMAmsi besteht aus zwei parallelen Beleuchtungszeilen (LU) die leicht zueinander geneigt sind. Durch diese zweiseitige Beleuchtung des Materialstroms wird eine Schattenbildung minimiert und somit die Erkennungsgenauigkeit erhöht.
Die internen NIR Strahler erzeugen einen gemeinsamen schmalen Lichtstreifen auf dem Förderband. Die beiden Beleuchtungszeilen sind am Ende mit einer Montageplatte verbunden.
Die Beleuchtungseinheit wird in folgenden Standardlängen angeboten:
■ 1000 mm, 1600 mm, 2000 mm und
■ 2800 mm für den Betrieb mit zwei NIR-Kameras
■ Sonderlängen zwischen 500 mm und 2000 mm sind im 200 mm - Raster auf Anfrage verfügbar.
(Die Produktbezeichnung, z. B. PMAmsi1200, bezieht sich auf die effektive Messbreite)
Folgende Ausführungsvarianten sind verfügbar:
■ Verwendeter Reflektor: LR50 für Messabstand 500 mm / LR30 für 300 mm Messabstand
■ Optional: Kühlluftführung empfohlen bei einer Umgebungstemperatur > +45 °C
■ 115 V Variante lieferbar
| Beleuchtung | PMAmsi |
|---|---|
| Charakteristik | Doppelseitig, auf Messebene fokussiert |
| Messbreite | 500 mm bis 2800 mm |
| Beleuchtungsfläche in 500 mm Abstand | 40 mm x Messbreite |
| NIR Strahler | Halogenstablampen, 230 V oder 120 V Versionen verfügbar |
| Schutzart | IP65 |
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Montagebrücke
Die Montagebrücke wurde entwickelt, um die Positionierung und Ausrichtung der NIR-Kameras (KUSTAx.xMSI oder uniSPECx.xHSI) in Bezug auf die Beleuchtungseinheit PMAmsi zu erleichtern.
Die Montagebrücke wird über Verbindungsbolzen an den seitlichen Montageplatten der Beleuchtungseinheit PMAmsi angebracht. Dabei sind zwei Höheneinstellungen verfügbar, um eine flexible Einstellung des Blickfelds (Field of View, FOV) der Kamera zu gewährleisten. Die Installation der Kamera erfolgt auf einem speziell entwickelten Positioniertisch. Dieser Tisch ist in drei Richtungen frei einstellbar, um eine präzise Ausrichtung der Kamera zu ermöglichen.
Die Montagebrücke ist für folgende Ausführungen der PMAmsi erhältlich:
■ Länge von 800 mm bis 2000 mm (Standardlängen für Förderbandbreiten: 1000 mm, 1600 mm, 2000 mm)
■ Freie Durchfahrtshöhe 300 mm (LR30) oder 500 mm (LR50)
■ Detektion über Band oder im freien Fall
Bei Nutzung des Komplettpaketes Beleuchtungseinheit, Montagebrücke und Hyperspektralkamera werden die Montage und Kameraausrichtung auf das gewünschte FOV bereits vor Auslieferung vorgenommen. Nach Auslieferung kann der Komplettaufbau problemlos in die Sortiereinheit integriert werden. Der Einbau erfolgt über Stahlbolzen mit integrierter Dämpfung (Puffer), die ebenfalls im Lieferumfang enthalten sind.
Kalibrierung CUa und CLm
Herausragende Ergebnisse erfordern sorgfältige Messungen. Dafür ist eine regelmäßige Kalibrierung des Messsystems nötig.
Die Kalibrierung kann manuell mit der Kalibrierleiste CLm erfolgen, die aus einem in sich stabilem Aluminiumprofil besteht, in welches die Referenzproben eingespannt sind. Zur besseren Handhabung ist die CLm mit seitlichen Griffen ausgestattet.
Darüber hinaus lässt sich der Kalibrierprozess automatisieren, indem die Beleuchtungseinheit PMAmsi um die automatische Kalibriereinheit CUa ergänzt wird. Die Kalibriereinheit besteht aus zwei Halterungsarmen, der Kalibrierleiste CLa, einem Antriebsmotor und der Steuerung. Die Halterungsarme schwenken die Kalibrierleiste motorgetrieben in die Kalibrierebene. Die Kalibrierung dauert nur wenige Augenblicke, wobei der Motor die Kalibrierleiste CLa nach Abschluss der Kalibrierung wieder in die geschützte Parkposition fährt.
In Abhängigkeit von der Helligkeit des Probenmaterials werden 3 verschiedene Kalibrierleisten angeboten:
■ Die Variante Bright eignet sich für Standardapplikationen im Bereich Papier- und Kunststoffrecycling und allgemein hellem (weißem) Sortiergut.
■ Die Variante Medium eignet sich für dunklere Materialien z.B. grauem Gestein.
■ Für dunkle bis schwarze Materialien steht die Variante Dark zur Verfügung.
RGB Farbzeilen Kamera
Die bildgebenden NIR Hyperspektralkameras KUSTAx.xMSI und uniSPECx.xHSI können mit der RGB Farbzeilen Kamera uniScanRGB kombiniert werden. Die RGB Farbzeilen Kamera ist über einen Adapter direkt an der NIR Kamera befestigt, sodass eine gleichzeitige Ausrichtung von NIR und RGB Kamera auf denselben Messpunkt gewährleistet ist. NIR und Farbinformation werden direkt in der Gerätesoftware zu einem Analyseergebnis zusammengefasst. Zusätzliche Komponenten zu Synchronisation oder Triggern der Kameras ist nicht notwendig.
Weitere Informationen sowie technische Parameter sind auf der Seite der Standalone Version der RGB Farbzeilen Kamera uniScanRGB verfügbar.
Ventilsteuerung für pneumatische Austrageinheiten
Die bildgebenden NIR-Hyperspektralkameras KUSTAx.xMSI können mit einer optionalen Ventilsteuerung für pneumatische Austrageinheiten von Sortiermaschinen ausgestattet werden. Zusammen mit der standardmäßigen Gerätesteuersoftware existiert für Maschinenbauer jetzt eine Komplettlösung zur Realisierung von Sortierprozessen.
Die Ventilsteuerungseinheit besteht aus einem Ethernet-Buskoppler, an dem digitale Ausgangsklemmen mit jeweils 16 Einzelkanälen angereiht sind. Je nach gewünschter Ausbaustufe können bis zu 1024 einzelne schnellschaltende Druckluftventile gesteuert werden. Der Buskoppler wird über die Ethernet-Schnittselle direkt mit dem Steuer-PC des Prozess-Spektrometers verbunden.
In der Gerätesteuersoftware KustaMSI sind die entsprechenden Funktionen zur Kommunikation mit der Ventilsteuerungseinheit bereits implementiert. Es kann eine individuelle Materialerkennungsmethode geladen und die auszutragenden Sorten einfach in einer Sortentabelle ausgewählt werden. Die Gerätesteuersoftware sendet die entsprechenden Steuersignale während des laufenden Sortierprozesses dann in Echtzeit zur Ventilsteuereinheit. In der Gerätesteuersoftware lassen sich auch wichtige Parameter für die Ventilsteuerung wie z. B. Zeitverzug zwischen Erkennung und Austragung (Delay) und die Öffnungszeiten der Ventile einstellen.
Technische Spezifikation
Ethernet-Buskoppler
| Anschluss | 2 x RJ-45 |
| Übertragungsrate | 10/100 Mbits/s |
| Spannungsversorgung | 24 V DC (-25 % ... +30 %) |
| Eingangsstrom max. | 280 mA bei 24 V DC |
| Max. Anzahl digitaler Ausgangsklemmen | 64 |
| Schutzart | IP 20 |
16-Kanal-Digitalausgangsklemme
| Anzahl Ausgänge | 16 |
| Spannungsversorgung über Leistungskontakt | 24 V DC |
| Ausgangsstrom pro Kanal max. | 0,5 A |
| Leistungsquerschnitt |
eindrähtig: |