Industrielle kameraer er nøkkelkomponenter i maskinsynssystemer. Deres grunnleggende funksjon er å konvertere lyssignaler til organiserte elektriske signaler, og dermed muliggjøre innhenting av digitale bilder. De er mye brukt i industriell produksjon, inspeksjon, måling og andre felt. Bildeprinsippet deres ligner på pinhole-avbildning, men er mer komplekst. Lys som reflekteres fra motivet passerer gjennom industrilinsen, hvor det brytes og projiseres på kameraets lysfølsomme sensor. Denne sensoren er vanligvis en lade-koblet enhet (CCD) eller en komplementær metall-oksid-halvledersensor (CMOS).
1. Arbeidsprinsipp
Bildeanskaffelse:Lys som reflekteres eller overføres fra motivet samles opp gjennom linsen og fokuseres på bildesensoren.
Fotoelektrisk konvertering:Bildesensoren (vanligvis CCD eller CMOS) konverterer lyssignaler til elektriske signaler. Med en CMOS-sensor som et eksempel, inneholder hver piksel en fotodiode som genererer ladning proporsjonal med lysintensiteten når den er opplyst, som deretter konverteres til et spenningssignal.
Signalbehandling:De forsterkede elektriske signalene går gjennom en analog-til-digitalomformer (ADC) for å konvertere analoge signaler til digitale signaler. Disse digitale signalene blir behandlet for å danne digitale bildedata, overført til datamaskiner eller andre enheter for påfølgende analyse.
2. Nøkkelfunksjoner til industrielle kameraer
Høy pålitelighet:Industrielle kameraer er designet for langvarig kontinuerlig drift, og sikrer stabil ytelse i tøffe miljøer som høye temperaturer, høy luftfuktighet og vibrasjoner.
Høy ytelse:Leverer høy oppløsning, høye bildefrekvenser, bredt dynamisk område og høy følsomhet for å møte kravene til presisjonsinspeksjon og høy-hastighetsfangst.
Modulær design:Bruker vanligvis en modulær arkitektur for sømløs integrasjon i diverse industrielt utstyr og systemer.
Allsidige grensesnitt:Støtter flere grensesnitttyper (f.eks. GigE, USB 3.0, Camera Link, CoaXPress) for å imøtekomme varierende båndbredde- og avstandskrav.
Fleksibel konfigurasjon:Støtter flere triggermoduser, eksponeringskontroll og bildebehandlingsfunksjoner for å tilpasse seg ulike applikasjonsscenarier.
3. Klassifiseringsmetoder
Etter bildesensortype:
CCD-kameraer:Tilbyr høy bildekvalitet og lavt støynivå, utmerker seg i dårlige-lysforhold, men har høyere kostnader og strømforbruk. CMOS-kameraer er kostnads-effektive, lav-strøm og har rask dataavlesning, selv om bildekvaliteten er litt dårligere.
Etter utdatafarge:Klassifisert som fargekameraer og monokrome (svart-og-hvite) kameraer. Fargekameraer fanger opp rik fargeinformasjon om objekter, egnet for applikasjoner som krever fargenøyaktighet, for eksempel inspeksjon av matens utseende og fargeverifisering av trykt materiale; Monokrome kameraer viser større lysfølsomhet og utmerker seg ved å oppdage gråtonevariasjoner og teksturdetaljer i objekter. De brukes ofte i scenarier som krever høy presisjon, for eksempel dimensjonsmåling og defektdeteksjon.
Ved skannemetode:
Områdeskanningskameraer fanger opp en fullstendig ramme av et bilde på en gang, egnet for å oppdage statiske objekter eller objekter som beveger seg med lave hastigheter. Linje-skanningskameraer fanger en linje av et bilde om gangen, og konstruerer hele bildet gjennom relativ bevegelse mellom objektet og kameraet. De brukes ofte for å oppdage objekter i bevegelse med høy-hastighet og høy-dimensjonale målinger med høy-presisjon, som for eksempel-linjeinspeksjon av trykte materialer og overflateinspeksjon av metallplater.
Etter utgangssignaltype:analoge kameraer og digitale kameraer.
Etter responsfrekvensområde:synlig lys (standard) kameraer, infrarøde kameraer, ultrafiolette kameraer, etc.
4. Nøkkelparameterberegninger
(1) Oppløsning
Definisjon:Antall piksler tatt per bilderamme, bestemt av oppløsningen til kameraets bildesensor. Dette representerer mengden piksler arrangert på sensorens målplan.
Påvirkning:Under bildeopptak påvirker kameraoppløsningen bildekvaliteten betydelig. Når du tar bilder av det samme synsfeltet (sceneområde), gir høyere oppløsning en mer uttalt detaljrepresentasjon.
Representasjon:For område-skanningskameraer uttrykkes oppløsningen vanligvis som to tall: horisontal (H) og vertikal (V) oppløsning, f.eks. 1920(H) x 1080(V). Det første tallet angir antall piksler per rad, mens det andre tallet angir antall rader med piksler. For linje-skannekameraer angis oppløsningen vanligvis i tusenvis (K), for eksempel 1K (1024), 2K (2048), 4K (4096) osv.
Totalt antall piksler=Horisontale piksler × vertikale piksler
Eksempel:1920×1080=2.073.600 piksler (omtrent 2 millioner piksler)
(2) Pixel Depth
Definisjon:Antall biter per piksel, vanligvis uttrykt i biter.
Påvirkning:Pikseldybden bestemmer rikdommen til et bildes gråtoner. Flere biter forbedrer muligheten til å uttrykke bildedetaljer, noe som resulterer i rikere og finere gråtoneverdier. Dette øker imidlertid også datavolumet, og kan potensielt påvirke systemets bildebehandlingshastighet.
Felles verdier:8-bit er mest brukt. Digitalkameraer kan også ha 10-biters, 12-biters eller 14-biters konfigurasjoner.
(3) Maksimal bildefrekvens/linjefrekvens
Definisjon:Hastigheten som et kamera tar og overfører bilder med.
Representasjon:Bildefrekvens gjelder vanligvis for område-skanne industrikameraer, målt i fps (Frames Per Second), f.eks. 181fps indikerer at kameraet kan ta opptil 181 bilder per sekund. Linjehastigheten gjelder for linje-skanne industrielle kameraer, målt i kHz, f.eks. indikerer 80 kHz at kameraet kan fange opp til 80 000 linjer med bildedata per sekund.
Påvirkning:Høyere bildefrekvenser/linjefrekvenser gjør at kameraer kan ta flere bilder per tidsenhet, noe som gjør dem egnet for scenarier som krever rask bevegelsesopptak.
Beregningsmetode:Bildefrekvens=3 × målhastighet / horisontalt synsfelt; Linjefrekvens=Bevegelseshastighet / faktisk nøyaktighet=Bevegelseshastighet × oppløsning / synsfelt.
Bestem den nødvendige bildefrekvensen basert på objektets bevegelseshastighet i applikasjonsscenarioet. Forutsatt objekthastighet V (enhet: mm/s) og kameraeksponeringstid T (enhet: s), hvor objektets forskyvning under eksponering ikke må overstige én pikselstørrelse P (enhet: mm), kan bildefrekvensen F væreberegnet som:F=1/T, der T Mindre enn eller lik P/V.
(4) Eksponeringsmetode og lukkerhastighet
Eksponeringsmodus:For linje-skanningskameraer er progressiv skanningseksponering typisk. Område-skanningskameraer bruker vanligvis rammeeksponering, felteksponering eller eksponering med rullende lukker.
Lukkerhastighet:Vanligvis oppnåelig ned til 10 mikrosekunder, med høyhastighets-kameraer som kan klare enda høyere hastigheter. Raskere lukkerhastigheter forbedrer kameraets evne til å ta bilder, noe som gjør dem egnet for scenarier med raskt skiftende lysforhold eller bevegelige motiver.
(5) Pikselstørrelse (pikselstørrelse)
Definisjon:En piksel er den minste enheten som utgjør et digitalt bilde. Pikselstørrelse og pikselantall (oppløsning) bestemmer sammen kameraets målområdestørrelse.
Felles verdier:Industrielle kamerapikselstørrelser varierer vanligvis fra 3μm til 14μm.
Påvirkning:Større piksler fanger opp flere fotoner, og genererer større ladning under identiske lys- og eksponeringsforhold, noe som potensielt gir høyere bildekvalitet. Men mindre pikselstørrelser øker produksjonskompleksiteten.
Beregning:Avhenger av oppløsning og kamerasensordimensjoner. For eksempel, gitt en sensorstørrelse på Sa × Sb (horisontale × vertikale dimensjoner i mm) og en kameraoppløsning på Na × Nb, er pikselstørrelsen P (forutsatt kvadratiske piksler): P=Sa × 1000 / Na=Sb × 1000 / Nb.
(6) Spektralområde
Definisjon:Refererer til følsomhetsegenskapene til pikselsensoren for forskjellige bølgelengder av lys.
Felles område:Reagerer vanligvis mellom 350nm og 1000nm. Noen kameraer har et filter foran sensoren for å blokkere infrarødt lys. Hvis det kreves infrarød følsomhet for systemet, kan dette filteret fjernes.
(7) Grensesnitttype
Vanlige typer:Camera Link, Ethernet, 1394, USB-utgang osv. Det nyeste grensesnittet er CoaXPress.
Påvirkning:Grensesnitttypen bestemmer hvordan data overføres mellom kameraet og bildebehandlingssystemer eller andre enheter. Å velge riktig grensesnitt sikrer stabil og rask dataoverføring.
(8) Sensorstørrelse
Definisjon:De fysiske dimensjonene til kamerasensoren, vanligvis uttrykt i tommer (f.eks. 1/2,3") eller millimeter (f.eks. 12,8 mm × 9,6 mm).
Beregningsmetode:
Sensorstørrelse leveres vanligvis av produsenten, men kan estimeres ut fra pikseldimensjoner og oppløsning:
Sensorbredde=Horisontalt pikselantall × pikselstørrelse
Sensorhøyde=vertikalt antall piksler × pikselstørrelse
(9) Andre parametere
Dynamisk område:Beskriver antall grånivåer hver piksel kan skille. Bredt dynamisk område muliggjør tydelig fangst av detaljer i både lyse og mørke områder av en scene.
Støy:Uønskede signaler fanget under bildebehandling som ikke er relatert til det faktiske bildemålet. I henhold til EMVA1288-standarden til European Machine Vision Association (EMVA), er kamerastøy bredt kategorisert i to typer: skuddstøy avledet fra det effektive signalet og iboende støy som er iboende til selve kameraet, uavhengig av signalet.
5. Søknadsfelt og fordeler
Industrielle kameraer er mye brukt i kvalitetskontroll på automatiserte produksjonslinjer, maskinsynssystemer, medisinsk bildebehandling, logistikk og lager, sikkerhetsovervåking, trafikkovervåking, samt militære og luftfartsapplikasjoner. Deres fordeler inkluderer:
Høy ytelse og stabilitet:Industrielle kameraer tilbyr høy bildestabilitet, robuste overføringsevner og sterk interferensmotstand, noe som muliggjør langvarig stabil drift under tøffe forhold.
Høy presisjon og måleegenskaper:Gjennom høy-bildefangst og presise bildeanalysealgoritmer oppnår industrikameraer høy-nøyaktighet i måling og posisjonering.
Høyhastighetsopptaksevner:{{0}Industrielle kameraer med høy-ramme-hastighet tar raskt dynamiske bilder, noe som gjør dem egnet for fotografering og overvåking av objekter i rask bevegelse.-
Bred tilpasningsevne:Ulike industrielle kameratyper imøtekommer varierte applikasjonsscenarier og krav, og oppfyller komplekse bilde- og analyseoppgaver.
6. Kjente merkevarer
Ledende globale industrikameramerker inkluderer Cognex, Keyence, Canadas Teledyne DALSA, FLIR, Lumennera, Japans AVALDATA, Sør-Koreas VIEWORKS, Daheng Imaging og Hikvision. Disse merkene er høyt ansett for sin eksepsjonelle ytelse og brede applikasjonsdomener.
Oppsummert tjener industrielle kameraer som kritiske komponenter i maskinsynssystemer, og spiller en viktig rolle i industriell automasjon og intelligent produksjon. Ved å velge passende industrikameraer og integrere avanserte bildeanalysealgoritmer, kan mer effektiv, presis og pålitelig automatisert produksjon og kvalitetskontroll oppnås.