Rūpnieciskās kameras ir galvenās mašīnredzes sistēmu sastāvdaļas. To pamatfunkcija ir pārveidot gaismas signālus organizētos elektriskos signālos, tādējādi ļaujot iegūt digitālos attēlus. Tos plaši izmanto rūpnieciskajā ražošanā, pārbaudēs, mērījumos un citās jomās. To attēlveidošanas princips atgādina caurumu attēlu, bet ir sarežģītāks. No objekta atstarotā gaisma iziet cauri rūpnieciskajam objektīvam, kur tā tiek lauzta un projicēta uz kameras gaismjutīgo sensoru. Šis sensors parasti ir uzlādes -savienota ierīce (CCD) vai papildu metāla-oksīda-pusvadītāju (CMOS) sensors.
1. Darba princips
Attēlu iegūšana:No objekta atstarotā vai pārraidītā gaisma tiek savākta caur objektīvu un fokusēta uz attēla sensoru.
Fotoelektriskā pārveidošana:Attēla sensors (parasti CCD vai CMOS) pārveido gaismas signālus elektriskos signālos. Kā piemēru ņemot CMOS sensoru, katrs pikselis satur fotodiode, kas apgaismojuma laikā ģenerē lādiņu, kas ir proporcionāla gaismas intensitātei, kas pēc tam tiek pārveidota par sprieguma signālu.
Signāla apstrāde:Pastiprinātie elektriskie signāli iet caur analogo{0}}uz-digitālo pārveidotāju (ADC), lai pārveidotu analogos signālus ciparu signālos. Šie digitālie signāli tiek apstrādāti, veidojot digitālo attēlu datus, kas tiek pārsūtīti uz datoriem vai citām ierīcēm turpmākai analīzei.
2. Rūpniecisko kameru galvenās iezīmes
Augsta uzticamība:Rūpnieciskās kameras ir paredzētas ilgstošai nepārtrauktai darbībai, nodrošinot stabilu veiktspēju skarbos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, augstā mitrumā un vibrācijā.
Augsta veiktspēja:Nodrošina augstu izšķirtspēju, augstu kadru nomaiņas ātrumu, plašu dinamisko diapazonu un augstu jutību, lai atbilstu prasībām pēc precīzas pārbaudes un liela{0}}tveršanas ātruma.
Moduļu dizains:Parasti tiek izmantota modulāra arhitektūra, lai netraucēti integrētos dažādās rūpnieciskās iekārtās un sistēmās.
Daudzpusīgas saskarnes:Atbalsta vairākus saskarnes veidus (piemēram, GigE, USB 3.0, Camera Link, CoaXPress), lai pielāgotos dažādām joslas platuma un attāluma prasībām.
Elastīga konfigurācija:Atbalsta vairākus sprūda režīmus, ekspozīcijas kontroli un attēlu apstrādes funkcijas, lai pielāgotos dažādiem lietojumu scenārijiem.
3. Klasifikācijas metodes
Pēc attēla sensora veida:
CCD kameras:Piedāvājiet augstu attēla kvalitāti un zemu trokšņa līmeni, kas ir izcili zema{0}}gaismas apstākļos, taču tiem ir augstākas izmaksas un enerģijas patēriņš. CMOS kameras ir rentablas,-mazjaudas,{3}}un tām ir ātra datu nolasīšana, lai gan attēla kvalitāte ir nedaudz zemāka.
Pēc izvades krāsas:Klasificētas kā krāsu kameras un melnbaltās (melnās{0}}un-baltās) kameras. Krāsu kameras uztver bagātīgu krāsu informāciju par objektiem, kas ir piemērotas lietojumiem, kam nepieciešama krāsu precizitāte, piemēram, pārtikas izskata pārbaude un drukātā materiāla krāsu pārbaude; Vienkrāsainajām kamerām ir lielāka gaismas jutība un tās lieliski nosaka pelēktoņu variācijas un faktūras detaļas objektos. Tos parasti izmanto scenārijos, kuros nepieciešama augsta precizitāte, piemēram, izmēru mērījumos un defektu noteikšanā.
Pēc skenēšanas metodes:
Apgabala skenēšanas kameras uzreiz uzņem visu attēla kadru, kas ir piemērotas statisku objektu vai to objektu noteikšanai, kas pārvietojas lēni. Līniju-skenēšanas kameras vienlaikus uzņem vienu attēla rindiņu, veidojot visu attēlu, izmantojot relatīvu kustību starp objektu un kameru. Tos parasti izmanto, lai noteiktu ātrdarbīgus-kustīgus objektus un augstas-precizitātes vienas-dimensijas mērījumus, piemēram,-iespiestu materiālu pārbaudi un metāla lokšņu virsmas pārbaudi.
Pēc izejas signāla veida:analogās kameras un digitālās kameras.
Pēc reakcijas frekvences diapazona:redzamās gaismas (standarta) kameras, infrasarkanās kameras, ultravioletās kameras u.c.
4. Galveno parametru aprēķini
(1) Rezolūcija
Definīcija:Attēla kadrā uzņemto pikseļu skaits, ko nosaka kameras attēla sensora izšķirtspēja. Tas attēlo pikseļu skaitu, kas izvietoti sensora mērķa plaknē.
Ietekme:Attēla uzņemšanas laikā kameras izšķirtspēja būtiski ietekmē attēla kvalitāti. Attēlojot vienu un to pašu skata lauku (sižeta diapazonu), augstāka izšķirtspēja nodrošina izteiktāku detaļu attēlojumu.
Pārstāvība:Apgabala-skenēšanas kamerām izšķirtspēja parasti tiek izteikta kā divi skaitļi: horizontālā (H) un vertikālā (V) izšķirtspēja, piemēram, 1920 (H) x 1080 (V). Pirmais cipars norāda pikseļu skaitu rindā, bet otrais cipars norāda pikseļu rindu skaitu. Līnijas-skenēšanas kamerām izšķirtspēja parasti tiek apzīmēta tūkstošos (K), piemēram, 1K (1024), 2K (2048), 4K (4096) utt.
Kopējais pikseļu skaits=Horizontālie pikseļi × Vertikālie pikseļi
Piemērs:1920 × 1080=2, 073 600 pikseļi (aptuveni 2 miljoni pikseļu)
(2) Pikseļu dziļums
Definīcija:Bitu skaits pikselī, parasti izteikts bitos.
Ietekme:Pikseļu dziļums nosaka attēla pelēktoņu bagātību. Vairāk bitu uzlabo spēju izteikt attēla detaļas, tādējādi iegūstot bagātīgākas un smalkākas pelēktoņu vērtības. Tomēr tas arī palielina datu apjomu, potenciāli ietekmējot sistēmas attēlu apstrādes ātrumu.
Kopējās vērtības:Visbiežāk izmanto 8 bitu. Digitālajām kamerām var būt arī 10 bitu, 12 bitu vai 14 bitu konfigurācijas.
(3) Maksimālais kadru/rindu nomaiņas ātrums
Definīcija:Ātrums, ar kādu kamera uzņem un pārraida attēlus.
Pārstāvība:Kadru nomaiņas ātrums parasti attiecas uz apgabala{0}}skenēšanas rūpnieciskajām kamerām, mērot kadros sekundē (kadri sekundē), piemēram, 181 kadrs sekundē norāda, ka kamera var uzņemt līdz 181 kadram sekundē. Līniju ātrums attiecas uz līniju-skenēšanas rūpnieciskajām kamerām, mērot kHz, piemēram, 80 kHz norāda, ka kamera var uzņemt līdz 80 000 attēla datu rindiņām sekundē.
Ietekme:Lielāks kadru nomaiņas ātrums/līnijas frekvences ļauj kamerām uzņemt vairāk attēlu laika vienībā, padarot tās piemērotas scenārijiem, kuros nepieciešama ātra kustības tveršana.
Aprēķina metode:Kadru nomaiņas ātrums=3 × mērķa ātrums/horizontālais skata lauks; Līnijas frekvence=Kustības ātrums / faktiskā precizitāte=Kustības ātrums × izšķirtspēja / skata lauks.
Nosakiet nepieciešamo kadru ātrumu, pamatojoties uz objekta kustības ātrumu lietojumprogrammas scenārijā. Pieņemot objekta ātrumu V (vienība: mm/s) un kameras ekspozīcijas laiku T (vienība: s), kur objekta nobīde ekspozīcijas laikā nedrīkst pārsniegt vienu pikseļa izmēru P (vienība: mm), kadru nomaiņas ātrumu F varaprēķināts šādi:F=1/T, kur T ir mazāks par P/V vai vienāds ar to.
(4) Ekspozīcijas metode un aizvara ātrums
Ekspozīcijas režīms:Līnijas{0}}skenēšanas kamerām ir raksturīga progresīvās skenēšanas ekspozīcija. Apgabala-skenēšanas kameras parasti izmanto kadra ekspozīciju, lauka ekspozīciju vai ritošā slēdža ekspozīciju.
Aizvara ātrums:Parasti sasniedzams līdz 10 mikrosekundēm, ar ātrgaitas kamerām{1}}, kas spēj nodrošināt vēl lielāku ātrumu. Ātrāks aizvara ātrums uzlabo kameras spēju uzņemt attēlus, padarot tos piemērotus scenārijiem ar strauji mainīgiem gaismas apstākļiem vai kustīgiem objektiem.
(5) Pikseļu lielums (pikseļu izmērs)
Definīcija:Pikselis ir mazākā vienība, kas veido digitālo attēlu. Pikseļu izmērs un pikseļu skaits (izšķirtspēja) nosaka kameras mērķa apgabala lielumu.
Kopējās vērtības:Rūpniecisko kameru pikseļu izmēri parasti ir no 3 μm līdz 14 μm.
Ietekme:Lielāki pikseļi uztver vairāk fotonu, radot lielāku lādiņu identiskos apgaismojuma un ekspozīcijas apstākļos, kas, iespējams, nodrošina augstāku attēla kvalitāti. Tomēr mazāki pikseļu izmēri palielina ražošanas sarežģītību.
Aprēķins:Atkarīgs no izšķirtspējas un kameras sensora izmēriem. Piemēram, ņemot vērā sensora izmēru Sa × Sb (horizontāli × vertikālie izmēri mm) un kameras izšķirtspēju Na × Nb, pikseļu izmērs P (pieņemot kvadrātpikseļus) ir: P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb.
(6) Spektra diapazons
Definīcija:Attiecas uz pikseļu sensora jutības raksturlielumiem pret dažādiem gaismas viļņa garumiem.
Kopējais diapazons:Parasti reaģē no 350 nm līdz 1000 nm. Dažās kamerās sensora priekšā ir filtrs, kas bloķē infrasarkano gaismu. Ja sistēmai ir nepieciešama infrasarkanā jutība, šo filtru var noņemt.
(7) Interfeisa tips
Izplatītākie veidi:Camera Link, Ethernet, 1394, USB izeja utt. Jaunākais interfeiss ir CoaXPress.
Ietekme:Interfeisa veids nosaka, kā dati tiek pārsūtīti starp kameru un attēlu apstrādes sistēmām vai citām ierīcēm. Atbilstoša interfeisa izvēle nodrošina stabilu un ātru datu pārraidi.
(8) Sensora izmērs
Definīcija:Kameras sensora fiziskie izmēri, parasti izteikti collās (piemēram, 1/2,3 collas) vai milimetros (piemēram, 12,8 mm × 9,6 mm).
Aprēķina metode:
Sensora izmēru parasti nodrošina ražotājs, taču to var noteikt pēc pikseļu izmēriem un izšķirtspējas:
Sensora platums=Horizontālais pikseļu skaits × pikseļu lielums
Sensora augstums=vertikālais pikseļu skaits × pikseļu lielums
(9) Citi parametri
Dinamiskais diapazons:Apraksta pelēko krāsu līmeņu skaitu, ko katrs pikselis var atšķirt. Plašs dinamiskais diapazons ļauj skaidri uztvert detaļas gan spilgtās, gan tumšās ainas zonās.
Troksnis:Nevēlami signāli, kas uztverti attēlveidošanas laikā un nav saistīti ar faktisko attēlveidošanas mērķi. Saskaņā ar Eiropas Mašīnredzes asociācijas (EMVA) standartu EMVA1288 kameras troksnis ir plaši iedalīts divos veidos: fotografēšanas troksnis, kas rodas no efektīvā signāla, un raksturīgais troksnis, kas raksturīgs pašai kamerai neatkarīgi no signāla.
5. Pielietojuma jomas un priekšrocības
Rūpnieciskās kameras tiek plaši izmantotas kvalitātes kontrolē automatizētās ražošanas līnijās, mašīnredzes sistēmās, medicīniskajā attēlveidošanā, loģistikā un noliktavās, drošības uzraudzībā, satiksmes uzraudzībā, kā arī militārās un aviācijas lietojumprogrammās. To priekšrocības ietver:
Augsta veiktspēja un stabilitāte:Rūpnieciskās kameras piedāvā augstu attēla stabilitāti, spēcīgas pārraides iespējas un spēcīgu pretestību pret traucējumiem, kas nodrošina ilgstošu stabilu darbību skarbos apstākļos.
Augstas precizitātes un mērīšanas iespējas:Izmantojot augstas{0}}izšķirtspējas attēlu uzņemšanas un precīzas attēlu analīzes algoritmus, rūpnieciskās kameras nodrošina augstu{1}}mērījumu un pozicionēšanas precizitāti.
Liela{0}}ātruma uzņemšanas iespējas:Rūpnieciskās kameras ar lielu-kadru-kadru ātrumu ātri uzņem dinamiskus attēlus, padarot tās piemērotas ātri kustīgu objektu fotografēšanai un uzraudzībai.
Plaša pielāgošanās spēja:Dažādi rūpniecisko kameru veidi atbilst dažādiem lietojuma scenārijiem un prasībām, izpildot sarežģītus attēlveidošanas un analīzes uzdevumus.
6. Slaveni zīmoli
Pasaules vadošie rūpniecisko kameru zīmoli ir Cognex, Keyence, Kanādas Teledyne DALSA, FLIR, Lumennera, Japānas AVALDATA, Dienvidkorejas VIEWORKS, Daheng Imaging un Hikvision. Šie zīmoli tiek augstu novērtēti to izcilās veiktspējas un plašās pielietojuma jomās.
Rezumējot, rūpnieciskās kameras kalpo kā kritiski komponenti mašīnredzes sistēmās, kam ir būtiska nozīme rūpnieciskajā automatizācijā un viedajā ražošanā. Izvēloties atbilstošas rūpnieciskās kameras un integrējot progresīvus attēlu analīzes algoritmus, var panākt efektīvāku, precīzāku un uzticamāku automatizētu ražošanu un kvalitātes kontroli.