Az ipari kamerák a gépi látórendszerek kulcselemei. Alapvető funkciójuk, hogy a fényjeleket rendezett elektromos jelekké alakítsák, ezáltal lehetővé téve digitális képek készítését. Széles körben használják az ipari termelésben, ellenőrzésben, mérésben és más területeken. Képalkotási elvük hasonlít a tűlyuk-képalkotáshoz, de bonyolultabb. A témáról visszaverődő fény áthalad az ipari lencsén, ahol megtörik és a fényképezőgép fényérzékeny érzékelőjére vetítik. Ez az érzékelő általában egy töltéscsatolt eszköz (CCD) vagy egy kiegészítő fém-oxid-félvezető (CMOS) érzékelő.
1. Működési elv
Képszerzés:A témáról visszavert vagy áteresztett fényt a lencsén keresztül összegyűjtik, és a képérzékelőre fókuszálják.
Fotoelektromos átalakítás:A képérzékelő (általában CCD vagy CMOS) a fényjeleket elektromos jelekké alakítja. Példaként egy CMOS-érzékelőt veszünk, minden pixel tartalmaz egy fotodiódát, amely megvilágított állapotban a fény intenzitásával arányos töltést generál, amelyet aztán feszültségjellé alakítanak át.
Jelfeldolgozás:Az erősített elektromos jelek egy analóg -to-digitális átalakítón (ADC) haladnak át, hogy az analóg jeleket digitális jelekké alakítsák. Ezeket a digitális jeleket digitális képadatokká dolgozzák fel, amelyeket számítógépekre vagy más eszközökre továbbítanak későbbi elemzés céljából.
2. Az ipari kamerák főbb jellemzői
Nagy megbízhatóság:Az ipari kamerákat hosszan tartó folyamatos működésre tervezték, stabil teljesítményt biztosítva olyan zord körülmények között is, mint a magas hőmérséklet, magas páratartalom és vibráció.
Nagy teljesítmény:Nagy felbontást, nagy képsebességet, széles dinamikatartományt és nagy érzékenységet biztosít, hogy megfeleljen a precíziós vizsgálat és a nagy{0}}sebességű rögzítés követelményeinek.
Moduláris kialakítás:Jellemzően moduláris architektúrát alkalmaz a különféle ipari berendezésekbe és rendszerekbe való zökkenőmentes integráció érdekében.
Sokoldalú interfészek:Több interfésztípust támogat (pl. GigE, USB 3.0, Camera Link, CoaXPress), hogy megfeleljen a változó sávszélesség- és távolságkövetelményeknek.
Rugalmas konfiguráció:Támogatja a többféle trigger módot, az expozícióvezérlést és a képfeldolgozási funkciókat, hogy alkalmazkodjon a különféle alkalmazási forgatókönyvekhez.
3. Osztályozási módszerek
Képérzékelő típusa szerint:
CCD kamerák:Kiváló képminőséget és alacsony zajszintet kínál, kiváló{0}}alacsony fényviszonyok mellett, de magasabb költségekkel és energiafogyasztással. A CMOS-kamerák költséghatékonyak-, alacsony-teljesítményűek, és gyors adatolvasást biztosítanak, bár a képminőség valamivel gyengébb.
Kimeneti szín szerint:Színes kamerák és monokróm (fekete{0}}és-fehér) kamerák. A színes kamerák gazdag színinformációkat rögzítenek az objektumokról, amelyek alkalmasak a színpontosságot igénylő alkalmazásokhoz, mint például az élelmiszerek megjelenésének ellenőrzése és a nyomtatott anyagok színének ellenőrzése; A monokróm kamerák nagyobb fényérzékenységgel rendelkeznek, és kiválóan érzékelik a szürkeárnyalatos eltéréseket és a textúra részleteit az objektumokban. Általában nagy pontosságot igénylő forgatókönyvekben használatosak, mint például a méretmérés és a hibaészlelés.
Szkennelési módszerrel:
A területi pásztázó kamerák egy teljes képkockát rögzítenek egyszerre, így alkalmasak statikus vagy lassú mozgások észlelésére. A vonalas-leolvasó kamerák egyszerre egy képsort rögzítenek, és a teljes képet az objektum és a kamera közötti relatív mozgás révén alkotják meg. Általában nagy-sebességű mozgó objektumok észlelésére és nagy-pontosságú egydimenziós mérésekre, például nyomtatott anyagok-soros vizsgálatára és fémlemezek felületvizsgálatára használják.
A kimeneti jel típusa szerint:analóg kamerák és digitális kamerák.
Válaszfrekvencia tartomány szerint:látható fényű (standard) kamerák, infravörös kamerák, ultraibolya kamerák stb.
4. Kulcsparaméterek számításai
(1) Határozat
Meghatározás:A képkockánként rögzített képpontok száma, amelyet a fényképezőgép képérzékelőjének felbontása határoz meg. Ez az érzékelő célsíkján elrendezett pixelek mennyiségét jelenti.
Hatás:A képrögzítés során a kamera felbontása jelentősen befolyásolja a képminőséget. Ha ugyanazt a látómezőt (jelenettartományt) készíti el, a nagyobb felbontás kifejezettebb részletmegjelenítést eredményez.
Képviselet:Területi -szkenner kamerák esetén a felbontást általában két számmal fejezik ki: vízszintes (H) és függőleges (V) felbontásban, például 1920 (H) x 1080 (V). Az első szám a sorban lévő pixelek számát, míg a második szám a pixelsorok számát jelöli. A line{7}}scan kameráknál a felbontást általában ezerben (K) jelölik, például 1K (1024), 2K (2048), 4K (4096) stb.
Összes képpont=Vízszintes pixel × Függőleges képpont
Példa:1920 × 1080=2, 073 600 képpont (körülbelül 2 millió képpont)
(2) Képpont mélység
Meghatározás:A pixelenkénti bitek száma, jellemzően bitekben kifejezve.
Hatás:A pixelmélység határozza meg a kép szürkeárnyalatának gazdagságát. Több bit javítja a képrészletek kifejezésének képességét, ami gazdagabb és finomabb szürkeárnyalatos értékeket eredményez. Ez azonban az adatmennyiséget is növeli, ami potenciálisan befolyásolja a rendszer képfeldolgozási sebességét.
Közös értékek:A leggyakrabban a 8 bites. A digitális fényképezőgépek 10 bites, 12 bites vagy 14 bites konfigurációkkal is rendelkezhetnek.
(3) Maximális képkockasebesség/sorsebesség
Meghatározás:Az a sebesség, amellyel a fényképezőgép rögzíti és továbbítja a képeket.
Képviselet:A képkockasebesség jellemzően a területi{0}}szkennelő ipari kamerákra vonatkozik, fps-ben (Frames Per Second) mérve, például a 181 képkocka/mp azt jelzi, hogy a kamera akár 181 képkocka/másodperc sebességet is képes rögzíteni. A vonalsebesség a vonalas -szkenner ipari kamerákra vonatkozik, kHz-ben mérve, például a 80 kHz azt jelzi, hogy a kamera másodpercenként akár 80 000 sornyi képadatot is képes rögzíteni.
Hatás:A magasabb képsebességek/vonalfrekvenciák lehetővé teszik a kamerák számára, hogy egységnyi idő alatt több képet készítsenek, így alkalmasak a gyors mozgásrögzítést igénylő forgatókönyvekre.
Számítási módszer:Képkockasebesség=3 × célsebesség / vízszintes látómező; Vonalfrekvencia=Mozgási sebesség / Tényleges pontosság=Mozgási sebesség × Felbontás / Látómező.
Határozza meg a szükséges képkockasebességet az objektum mozgási sebessége alapján az alkalmazási forgatókönyvben. Feltételezve a V tárgysebességet (mértékegység: mm/s) és kamera expozíciós idejét T (mértékegysége: s), ahol a tárgy expozíció közbeni elmozdulása nem haladhatja meg az egy pixelméretet P (mértékegység: mm), az F képkockasebességkiszámítva:F=1/T, ahol T kisebb vagy egyenlő, mint P/V.
(4) Expozíciós módszer és zársebesség
Expozíciós mód:A line{0}}scan kameráknál a progresszív letapogatás a jellemző. A területi-leolvasó kamerák általában keretexpozíciót, terepi expozíciót vagy redőnyös expozíciót alkalmaznak.
Záridő:Jellemzően 10 mikroszekundumig elérhető, a nagysebességű{1}}kamerák pedig még nagyobb sebességre képesek. A gyorsabb zársebesség javítja a fényképezőgép képrögzítési képességét, így gyorsan változó fényviszonyok vagy mozgó témák esetén is alkalmassá válik.
(5) Képpontméret (Pixelméret)
Meghatározás:A pixel a legkisebb egység, amely digitális képet alkot. A pixelméret és a pixelszám (felbontás) együttesen határozzák meg a kamera célterületének méretét.
Közös értékek:Az ipari kamera pixelmérete általában 3 μm és 14 μm között van.
Hatás:A nagyobb pixelek több fotont rögzítenek, nagyobb töltést generálva azonos megvilágítási és expozíciós körülmények között, ami jobb képminőséget eredményezhet. A kisebb pixelméretek azonban növelik a gyártás bonyolultságát.
Számítás:A felbontástól és a kameraérzékelő méretétől függ. Például, ha az érzékelő mérete Sa × Sb (vízszintes × függőleges méretek mm-ben) és a kamera felbontása Na × Nb, a P pixelméret (négyzetes képpontokat feltételezve) a következő: P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb.
(6) Spektrális tartomány
Meghatározás:A pixelérzékelő érzékenységi jellemzőire vonatkozik a különböző hullámhosszú fényekre.
Közös tartomány:Általában 350 nm és 1000 nm között reagál. Egyes kamerák az érzékelő előtt szűrőt tartalmaznak, amely blokkolja az infravörös fényt. Ha infravörös érzékenység szükséges a rendszerhez, ez a szűrő eltávolítható.
(7) Interfész típusa
Gyakori típusok:Camera Link, Ethernet, 1394, USB kimenet stb. A legújabb interfész a CoaXPress.
Hatás:Az interfész típusa határozza meg, hogy az adatátvitel hogyan történik a kamera és a képfeldolgozó rendszerek vagy más eszközök között. A megfelelő interfész kiválasztása stabil és gyors adatátvitelt biztosít.
(8) Érzékelő mérete
Meghatározás:A kameraérzékelő fizikai méretei, jellemzően hüvelykben (pl. 1/2,3") vagy milliméterben (pl. 12,8 mm × 9,6 mm) kifejezve.
Számítási módszer:
Az érzékelő méretét általában a gyártó adja meg, de megbecsülhető a pixelméretekből és a felbontásból:
Érzékelő szélessége=Vízszintes pixelszám × Pixelméret
Érzékelő magassága=függőleges pixelszám × pixelméret
(9) Egyéb paraméterek
Dinamikus tartomány:Leírja az egyes pixelek által megkülönböztethető szürkeségi szintek számát. A széles dinamikatartomány lehetővé teszi a részletek tiszta rögzítését a jelenet világos és sötét területein egyaránt.
Zaj:A képalkotás során rögzített nem kívánt jelek, amelyek nem kapcsolódnak a tényleges képalkotó célhoz. Az EMVA (European Machine Vision Association) EMVA1288 szabványa szerint a kamerazaj nagyjából két típusba sorolható: az effektív jelből származó felvételi zaj és a jeltől független, a kamerában rejlő belső zaj.
5. Alkalmazási területek és előnyök
Az ipari kamerákat széles körben használják minőségellenőrzésben automatizált gyártósorokon, gépi látórendszereken, orvosi képalkotásban, logisztikában és raktározásban, biztonsági felügyeletben, forgalomfigyelésben, valamint katonai és légiközlekedési alkalmazásokban. Előnyeik a következők:
Nagy teljesítmény és stabilitás:Az ipari kamerák nagy képstabilitást, robusztus átviteli képességeket és erős interferenciaállóságot kínálnak, lehetővé téve a hosszú távú stabil működést zord körülmények között is.
Nagy pontosságú és mérési képességek:A nagy{0}}felbontású képrögzítés és a precíz képelemző algoritmusok révén az ipari kamerák nagy-pontos mérést és helymeghatározást érnek el.
Nagy{0}}sebességű rögzítési képességek:A nagy-képkockasebességű-ipari kamerák gyorsan készítenek dinamikus képeket, így alkalmasak gyorsan mozgó-objektumok fényképezésére és megfigyelésére.
Széles alkalmazkodóképesség:A különféle ipari kameratípusok különféle alkalmazási forgatókönyveket és követelményeket elégítenek ki, összetett képalkotási és elemzési feladatokat teljesítve.
6. Neves márkák
A vezető globális ipari kameramárkák közé tartozik a Cognex, a Keyence, a kanadai Teledyne DALSA, a FLIR, a Lumennera, a japán AVALDATA, a dél-koreai VIEWORKS, a Daheng Imaging és a Hikvision. Ezeket a márkákat rendkívüli teljesítményük és széles körű alkalmazási területük miatt nagyra értékelik.
Összefoglalva, az ipari kamerák kritikus komponensként szolgálnak a gépi látórendszerekben, létfontosságú szerepet játszva az ipari automatizálásban és az intelligens gyártásban. A megfelelő ipari kamerák kiválasztásával és a fejlett képelemző algoritmusok integrálásával hatékonyabb, pontosabb és megbízhatóbb automatizált gyártás és minőségellenőrzés érhető el.