Как выбрать правильную промышленную камеру для вашей системы машинного зрения

1. Введение

Промышленные камерыКамеры — это глаза современного автоматизированного производства. Независимо от того, проверяете ли вы печатные платы на наличие микроскопических дефектов, сортируете корпуса на высокой скорости или управляете роботизированной рукой с точностью до долей миллиметра, выбранная вами камера определяет потолок производительности всей вашей системы. Однако, учитывая сотни моделей с различными интерфейсами, разрешениями и сенсорными технологиями, выбор правильной камеры может быть сложным.камера машинного зренияПростые решения встречаются редко. В этом руководстве подробно описан каждый важный параметр — простыми инженерными терминами — чтобы вы могли принять взвешенное решение перед началом следующего проекта.

2. Что такое промышленная камера? (И почему это не обычная камера)

Анпромышленная камераЭта камера специально разработана для приложений машинного зрения и принципиально отличается от потребительских или даже полупрофессиональных камер. Различия не носят чисто косметический характер — они влияют на надежность вашей системы контроля качества на протяжении многолетнего производственного цикла.

Ключевые отличительные характеристики включают в себя:

Глобальный затвор датчикаКаждый пиксель на сенсоре экспонируется одновременно, что устраняет искажения, вызванные движением («эффект скользящего затвора»), которые являются проблемой потребительских камер при съемке быстро движущихся объектов.

Точное аппаратное срабатываниеПромышленные камеры принимают внешние сигналы запуска (TTL, оптоизолированные) для синхронизации захвата изображения со скоростью конвейера или положением робота с точностью до микросекунд.

Расширенный диапазон рабочих температурПредназначены для заводских условий — обычно от –10 °C до +60 °C — а не для контролируемых условий, характерных для бытовых устройств.

Длительный жизненный цикл продукта и стабильность драйверовПроизводители обязуются обеспечивать многолетнюю доступность и стабильную поддержку SDK, что крайне важно, когда камера встраивается в проверенную линию контроля качества.

Для любой серьезной задачи автоматизированного контроля эти свойства являются обязательными. Потребительская камера может показаться дешевле на момент приобретения, но скрытые затраты на интеграцию, доработку и простои производства значительно перевешивают первоначальную экономию.

3. Ключевые параметры, которые необходимо учитывать перед покупкой.

Прежде чем сравнивать конкретные модели, каждый инженер должен понимать шесть основных параметров, определяющих возможности камеры машинного зрения.

3.1 Разрешение и размер пикселя

РазрешениеОпределяет наименьший элемент, который ваша система может надежно обнаружить. Как правило, целевой элемент должен занимать не менее 2–3 пикселей. Например, 5-мегапиксельная камера с 2/3-дюймовым сенсором обеспечивает примерно 3,45 мкм пикселей — этого достаточно для обнаружения царапин на поверхности размером 10 мкм на рабочем расстоянии 300 мм при наличии соответствующей оптики.

Однако более высокое разрешение не всегда означает лучшее качество. Изображения большего размера потребляют больше пропускной способности, памяти и времени обработки. Выбирайте разрешение, соответствующее вашим требованиям к контролю, а не самое высокое из доступных.

3.2 Частота кадров

Частота кадровСкорость должна соответствовать скорости вашей производственной линии. Если детали проходят через контрольно-измерительную станцию ​​со скоростью 1000 мм/с, а ваше поле зрения составляет 50 мм, вам потребуется как минимум 20 кадров в секунду — а на практике значительно больше, чтобы обеспечить стабильные параметры срабатывания. Более высокая частота кадров также требует более светосильных объективов и более яркого освещения.

3.3 Тип затвора: глобальный или скользящий

Для любых задач, связанных с движением — деталей на конвейере, вращающихся компонентов, роботизированной сборки —глобальный затворЭто правильный выбор. Он устраняет геометрические искажения, вызванные последовательным считыванием строк.Роллетные ставниДатчики экономически эффективны для статических или очень медленно движущихся объектов, таких как сканирование документов или контроль неподвижных деталей с помощью стробоскопического источника света.

3.4 Интерфейс: GigE / 10GigE / CoaXPress / USB3.0 / USB2.0

Интерфейс камеры определяет максимальную устойчивую пропускную способность, длину кабеля и топологию системы:

НарезатьОстается наиболее широко используемым интерфейсом благодаря сочетанию дальности действия, стоимости и совместимости со стандартной сетевой инфраструктурой. Для приложений сканирования областей с высоким разрешением или быстрого линейного сканирования,CoaXPressили10GigEявляются подходящими вариантами.

Размер сенсора 3,5

Более крупный сенсор захватывает больше света и обеспечивает более широкое поле зрения на заданном рабочем расстоянии, но требует более крупного — и более дорогого — объектива. Распространенные форматы сенсоров варьируются от 1/3" (компактный, экономичный) до 1" и более (высокочувствительный, с низким уровнем шума). Подбирайте размер сенсора в соответствии с вашим оптическим бюджетом и ограничениями по освещенности.

3.6 Цвет против монохрома

Монохромные датчикиОни более чувствительны (отсутствуют потери из-за фильтра Байера), обеспечивают более высокую контрастность и являются предпочтительным выбором для большинства задач измерения размеров и обнаружения дефектов.Цветные камерыОни необходимы, когда критерии контроля зависят от оттенка — например, для различения цветовых кодов проводов, обнаружения пятен или проверки качества печати этикеток. В большинстве промышленных применений следует начинать с монохромного изображения, если только цвет не является обязательным требованием.

4. Камера с площадным сканированием против камеры с линейным сканированием: какая из них вам нужна?

Это один из самых распространенных вопросов в проектировании систем машинного зрения. Оба типа систем служат различным целям, и выбор неправильного варианта приводит к компромиссам в качестве изображения, сложности системы или стоимости.

Камеры сканирования областиОни являются оптимальным вариантом по умолчанию для большинства задач автоматизации производства: комплектации, размещения, измерения, считывания кодов и проверки отдельных деталей. Их проще интегрировать, и они доступны в широком диапазоне цен.

Линейные сканирующие камерыОни стали предпочтительным решением при контроле непрерывных материалов (рулонов, листового стекла, солнечных панелей, печатных этикеток) или когда ширина контроля значительно превышает возможности практичного датчика сканирования с достаточным разрешением. Они широко используются сНарезать,10GigE, иCoaXPressинтерфейсы для соответствия требованиям к пропускной способности.

5. За пределами стандартных камер: специализированные системы визуализации для сложных задач.

Стандартные камеры видимого света охватывают большинство задач контроля, но для некоторых применений требуются специализированные сенсорные технологии, позволяющие обнаруживать ранее невидимые объекты.

УФ-промышленная камера

УФ-камерыОни чувствительны к ультрафиолетовым длинам волн (обычно 200–400 нм). Используются в флуоресцентной дефектоскопии (для обнаружения трещин и утечек), проверке проводников печатных плат и обнаружении поверхностных загрязнений, где УФ-возбуждение вызывает флуоресценцию целевых материалов. УФ-изображение позволяет выявлять дефекты, которые совершенно невидимы при стандартном белом или ближнем инфракрасном освещении.

Камера ближнего инфракрасного диапазона (SWIR)

SWIR-камерыВ инфракрасном диапазоне (900–1700 нм) можно видеть сквозь многие материалы, блокирующие видимый свет — кремниевые пластины, некоторые виды пластика, тонкие пленки и сельскохозяйственную продукцию. Они используются для контроля полупроводниковых пластин, обнаружения влаги в пищевых продуктах и ​​сельском хозяйстве, измерения толщины пленок и тестирования электролюминесценции солнечных элементов. Изображение в ближнем инфракрасном диапазоне (SWIR) обеспечивает принципиально иной взгляд на свойства материалов.

Тепловизионная инфракрасная камера

Тепловизионные камерыОни обнаруживают излучаемое тепло, а не отраженный свет, создавая температурную карту обстановки. Они необходимы для мониторинга аккумуляторных батарей на предмет риска теплового разгона, обнаружения перегрева двигателей и электрических компонентов в рамках профилактического обслуживания, а также для контроля равномерности температуры в процессе производства. Контакт с измеряемой поверхностью не требуется.

3D промышленная камера

3D-камеры— Используя структурированный свет, лазерную триангуляцию или принципы измерения времени пролета, — они добавляют информацию о глубине к изображению. Они позволяют измерять высоту паяных соединений, объем упакованных товаров, направлять роботов при захвате грузов из контейнеров и контролировать плоскостность больших поверхностей. 3D-изображение устраняет неоднозначности, присущие проецированию трехмерного мира на двухмерный датчик.

6. Подбор подходящей камеры для вашей отрасли

Выбор камеры — это не просто вопрос выбора сенсора; необходимо учитывать специфические типы дефектов, требования к производительности и условия окружающей среды в целевой отрасли.

3C Electronics

Для контроля печатных плат и гибких печатных плат требуется высокое разрешение для обнаружения обрывов, коротких замыканий и дефектов пайки размером менее 100 мкм. Для этого используются камеры с поверхностным сканированием и разрешением от 5 до 20 Мп, глобальные затворы и другие.НарезатьилиUSB3.0Интерфейсы стандартные. УФ-камеры повышают эффективность проверки флуоресценции паяльной пасты.

Полупроводник

Для контроля качества пластин и кристаллов требуется высочайшее пространственное разрешение в сочетании с виброизоляцией и совместимостью с чистыми помещениями.CoaXPressКамеры с большими сенсорами обеспечивают полосу пропускания, необходимую для получения изображений всей пластины. Камеры SWIR контролируют кремниевые подложки с обратной стороны.

Новая энергия

Контроль батарейных элементов и электродов включает в себя как измерение размеров (выравнивание контактов электрода, ширина покрытия), так и обнаружение дефектов поверхности (микроотверстия, расслоение). Для контроля рулонов электродов предпочтительны линейные сканирующие камеры; для проверки отдельных элементов в конце производственной линии используются камеры с плоским сканированием.

Логистика

Для высокопроизводительной сортировки посылок необходимы камеры, способные считывать одномерные и двухмерные штрихкоды и фиксировать габаритные данные при скорости конвейера, превышающей 2 м/с.НарезатьКамеры с сканированием площади, глобальным затвором и широким динамическим диапазоном позволяют обрабатывать изменения окружающего освещения в складских помещениях.

Автомобильная промышленность

Контроль сварных швов, измерение штампованных деталей и проверка качества поверхности — все это входит в сферу контроля качества в автомобильной промышленности. 3D-камеры измеряют геометрические характеристики; камеры с высокоточным сканированием обнаруживают дефекты поверхности; тепловизионные камеры контролируют стабильность процесса сварки.

7. Распространенные ошибки при выборе промышленной камеры

Даже опытные инженеры сталкиваются с одними и теми же повторяющимися ошибками выбора. Знание этих подводных камней позволяет значительно сэкономить время на интеграции.

Выбор чрезмерного разрешенияКамера с разрешением 20 Мп генерирует в четыре раза больше данных, чем камера с разрешением 5 Мп. Если пропускная способность вашего интерфейса или вычислительная мощность вашего компьютера не справляются с такой скоростью передачи данных, частота кадров падает, и узкое место в пропускной способности системы смещается с производственной линии на систему машинного зрения. Всегда рассчитывайте необходимую скорость передачи данных, прежде чем выбирать разрешение.

Пропускная способность интерфейса и загрузка ЦП не учитываются.Интерфейс камеры должен соответствовать интерфейсу хост-системы.10GigEКамера, подключенная к сетевой карте 1GigE, будет работать с ограничением скорости. Подключение нескольких камер к одному коммутатору требует тщательного планирования полосы пропускания. Камеры USB 3.0 могут перегружать шины ЦП во встроенных системах — проверьте характеристики вашей платформы.

Учет экологической и механической стабильности.В производственных цехах возникают вибрации, электромагнитные помехи, перепады температуры и загрязнение частицами. Камеры без достаточного запаса теплоизоляции, герметичного корпуса или прочных крепежных резьб будут демонстрировать дрейф показаний или преждевременный выход из строя. Проверьте спецификацию рабочей температуры и степень защиты IP для вашей среды установки.

Пренебрежение совместимостью SDK и программного обеспечения.Камера должна быть интегрирована с вашей платформой программного обеспечения для обработки изображений — будь то коммерческий пакет, такой как Halcon или VisionPro, платформа с открытым исходным кодом или пользовательское приложение. Убедитесь, что производитель предоставляет стабильный, хорошо документированный SDK для вашей целевой операционной системы и что модель драйвера совместима с вашим устройством захвата кадров или сетевой картой.

8. Почему стоит выбрать MindVision в качестве производителя промышленных камер?

MindVisionявляется преданнымпроизводитель промышленных камерБлагодаря ассортименту продукции, охватывающему весь спектр требований машинного зрения — от экономичных решений начального уровня.Промышленные камеры GigEНачиная примерно со 165 долларов, предлагаются высокопроизводительные модели CoaXPress и 10GigE для требовательных высокоскоростных приложений.

Широкий ассортимент продукции MindVision позволяет системным интеграторам приобретать различные типы камер — площадные, линейные, интеллектуальные и специализированные камеры (УФ, ближний инфракрасный диапазон, тепловизионные, 3D) — у одного поставщика с согласованной архитектурой SDK. Это упрощает управление драйверами, снижает затраты на интеграцию и обеспечивает единый канал технической поддержки на разных этапах проекта.

Компания MindVision также предлагает модули камер на уровне плат для интеграции с OEM-производителями и услуги по индивидуальной настройке для проектов с уникальными механическими, оптическими или программными требованиями. Имея клиентскую базу в таких отраслях, как электроника 3C, полупроводники, новые источники энергии, автомобилестроение и логистика по всему миру, MindVision обладает опытом работы с конкретными приложениями как для стандартных, так и для специализированных проектов.

Для инженеров, оценивающих варианты, сочетание широкого спектра продуктов, конкурентоспособных цен и возможностей индивидуальной настройки от MindVision представляет собой практичную альтернативу более крупным игрокам рынка — без ущерба для технических характеристик или поддержки.

9. Заключение

Выбор правильногопромышленная камераДля системы машинного зрения это структурированный процесс, а не упражнение наугад. Начните с требований к контролю — мельчайших деталей, необходимой производительности и ограничений окружающей среды. Сопоставьте эти требования с разрешением, частотой кадров, типом затвора и интерфейсом. Затем оцените, достаточно ли стандартной камеры с плоскостным сканированием или требуется линейное сканирование, 3D-сканирование или специализированная спектральная визуализация. Наконец, проверьте совместимость программного обеспечения и убедитесь, что производитель может поддерживать жизненный цикл продукта, необходимый для вашего приложения.

Готовы выбрать свою следующую камеру машинного зрения?Ознакомьтесь с полным ассортиментом продукции MindVision на сайтеmindvision.ltdили свяжитесь с командой инженеров MindVision, чтобы обсудить ваши конкретные требования к приложению.

Свяжитесь с MinVision

По вопросам, касающимся продукции, технической консультации или разработки индивидуальных решений для камер, обращайтесь в глобальную маркетинговую команду MindVision:

Электронная почта:globalmarket@mindvision.com.cn

Вебсайт:www.mindvision.ltd

Компания:Компания MindVision Technology Co., Ltd.