Nella produzione moderna e nell'ispezione automatizzata, le telecamere industriali sono diventate un componente chiave nei sistemi di visione artificiale. Che si tratti di produzione elettronica, test di componenti automobilistici, imballaggi alimentari o test di dispositivi medici, le telecamere industriali, gli obiettivi e le sorgenti luminose svolgono tutti un ruolo chiave. Insieme determinano la qualità dell'immagine e la precisione di rilevamento del sistema. La selezione ragionevole dei parametri, la corrispondenza delle lenti e i metodi di illuminazione scientifici basati sulle esigenze influiscono direttamente sull'accuratezza e sull'affidabilità dei risultati del rilevamento. Questo articolo introdurrà la classificazione delle telecamere industriali, i parametri principali, i principi di corrispondenza delle lenti, considerazioni sulla selezione, nonché i tipi di sorgenti luminose e i metodi di illuminazione per aiutare gli utenti a comprendere meglio l'applicazione delle apparecchiature di visione artificiale.
Classificazione delle telecamere industriali
Le telecamere industriali si dividono principalmente in telecamere a scansione area e telecamere a scansione lineare in base ai metodi di imaging:
telecamera per la scansione dell'area
Una telecamera per la scansione dell'area raccoglie diverse righe di immagini alla volta e le visualizza in fotogrammi. Ha una vasta gamma di applicazioni, come la misurazione di area, forma, dimensione, posizione e persino temperatura. Per raccogliere l'intera immagine viene utilizzata una matrice di pixel bidimensionale, adatta per rilevare oggetti fissi o in movimento a bassa velocità. I suoi vantaggi sono l'imaging intuitivo e la facilità d'uso.
Telecamera a scansione lineare
Le telecamere a scansione lineare hanno un'elevata frequenza di scansione e un'alta risoluzione. Attraverso i pixel 'line' scansionati riga per riga, viene cucita insieme l'immagine completa. Comunemente utilizzato in linee di produzione ad alta velocità o ispezioni di grande formato, come carta, stoffa, espansioni polari di batterie al litio, ispezione di schede PCB, ecc. I suoi vantaggi sono alta risoluzione, alta velocità e nessuna distorsione dell'immagine.
Inoltre, a seconda del metodo di trasmissione dei dati, le telecamere industriali possono anche essere suddivise in tipi di interfaccia come USB3.0, GigE, Camera Link e CoaXPress. L'interfaccia USB 3.0 è semplice e facile da usare, mentre la distanza di trasmissione GigE è lunga. Camera Link e CoaXPress sono più adatti per scenari di rilevamento ad alta velocità che richiedono una larghezza di banda dati estremamente elevata.
Parametri della fotocamera industriale
Durante il processo di selezione, i parametri fondamentali della fotocamera determinano le prestazioni di imaging:
Risoluzione: il numero di pixel che una fotocamera può catturare in un'immagine, che influisce sul livello di dettaglio e sull'accuratezza della misurazione dell'immagine e determina se i dettagli dell'oggetto rilevato possono essere presentati chiaramente. Ad esempio, sono necessarie telecamere ad alta risoluzione per rilevare piccoli graffi, altrimenti potrebbero essere facilmente persi.
Frame rate: indica il numero di immagini catturate dalla telecamera al secondo, che è strettamente correlato al ciclo produttivo. Le linee di produzione ad alta velocità devono utilizzare telecamere con frame rate elevato per evitare un rilevamento incompleto dovuto alla perdita di frame dell'immagine. Le telecamere con frame rate elevato sono adatte per catturare e analizzare oggetti in rapido movimento.
Dimensione pixel: la dimensione di un pixel è l'area di ciascun pixel. Maggiore è la dimensione dei pixel, maggiore è la fotosensibilità e minore è il rumore; più piccolo è il pixel, maggiore è la risoluzione, ma i requisiti per le condizioni di illuminazione sono più severi.
Gamma dinamica: rappresenta la gamma dei segnali luminosi rilevati dalla telecamera. Per una telecamera fissa, la sua gamma dinamica è un valore fisso e non cambia con i cambiamenti delle condizioni esterne. Misurare la capacità di imaging della telecamera in presenza contemporaneamente di forti aree chiare e scure è importante anche per il rilevamento di superfici metalliche e pezzi riflettenti.
Larghezza di banda dell'interfaccia: garantire che le immagini raccolte possano essere trasmesse al computer industriale in tempo per evitare di influenzare i risultati del rilevamento a causa di ritardi o larghezza di banda insufficiente.
Questi parametri hanno requisiti diversi in diversi scenari applicativi. Ad esempio, l’industria elettronica 3C si concentra sull’alta risoluzione e sull’elevato frame rate, mentre lo smistamento logistico pone maggiormente l’accento sulla trasmissione ad alta velocità e sulle prestazioni in tempo reale.
Come abbinare le telecamere industriali agli obiettivi
Fotocamere e obiettivi sono un binomio inseparabile e solo quando sono abbinati correttamente possono raggiungere le massime prestazioni:
Corrispondenza risoluzione: la risoluzione ottica dell'obiettivo deve corrispondere ai pixel della fotocamera. Se utilizzi una fotocamera ad alto pixel con un obiettivo a bassa risoluzione, la qualità dell'immagine sarà notevolmente ridotta.
Copertura della superficie target: l'obiettivo deve coprire la superficie target del sensore della fotocamera, altrimenti si verificheranno problemi come vignettatura e immagini incomplete.
Selezione della lunghezza focale: in base alle dimensioni dell'oggetto da rilevare e allo spazio di installazione della telecamera, selezionare un obiettivo con una lunghezza focale adeguata per garantire che il campo visivo richiesto sia completo.
Obiettivi speciali: ad esempio, gli obiettivi telecentrici vengono spesso utilizzati per misurazioni dimensionali ad alta precisione per evitare errori prospettici; gli obiettivi con ampia apertura chiara sono adatti per l'imaging in ambienti con scarsa illuminazione.
Ad esempio, nell'ispezione estetica delle batterie al litio, è spesso necessaria una telecamera industriale ad alta risoluzione abbinata a un obiettivo telecentrico per misurare con precisione le dimensioni e identificare difetti estremamente sottili.
A cosa prestare attenzione quando si scelgono le telecamere industriali
Nelle applicazioni pratiche, la scelta della telecamera dovrebbe combinare i seguenti fattori:
Caratteristiche dell'oggetto da rilevare: serve per rilevare dimensioni, difetti superficiali o riconoscimento di codici a barre? Attività diverse hanno requisiti diversi in termini di risoluzione e velocità di imaging.
Velocità della linea di produzione: più veloce è la linea di produzione, maggiore sarà il frame rate della telecamera e i requisiti di larghezza di banda dell'interfaccia.
Ambiente di lavoro: è necessario considerare la polvere, le vibrazioni, l'umidità e i cambiamenti di temperatura. Ad esempio, se lavori all'aperto o in un ambiente ad alta umidità, dovresti scegliere una telecamera industriale con grado di protezione IP67.
Compatibilità del sistema: la fotocamera deve funzionare perfettamente con l'obiettivo, la sorgente luminosa, la scheda di acquisizione e il software per garantire il funzionamento stabile dell'intero sistema.
Quali sono le fonti luminose più comuni?
La sorgente luminosa è una parte cruciale della visione artificiale. Una selezione ragionevole della sorgente luminosa può migliorare notevolmente l'effetto dell'immagine:
Sorgente luminosa anulare: fornisce un'illuminazione uniforme, adatta per l'ispezione della superficie e l'identificazione dei difetti.
Sorgente luminosa a barra: copre un'ampia area del pezzo e viene spesso utilizzata per l'ispezione di imballaggi, superfici di vetro o metalliche.
Sorgente di retroilluminazione: evidenzia il contorno del pezzo per la misurazione dimensionale e il rilevamento di oggetti estranei.
Sorgente luminosa coassiale: adatta a rilevare la superficie di materiali riflettenti per garantire che i dettagli non siano disturbati da una luce forte.
Sorgente luminosa puntiforme: concentra l'illuminazione su una piccola area per il rilevamento dei dettagli locali.
Come illuminare correttamente
Non solo devi scegliere la giusta fonte di luce, ma è importante anche il modo in cui la usi. I metodi di illuminazione comuni includono:
Illuminazione frontale: illumina uniformemente l'intero pezzo, adatto per l'osservazione generale.
Illuminazione laterale: evidenzia texture e difetti superficiali, come graffi, ammaccature, ecc.
Retroilluminazione: migliora contorni e bordi, ampiamente utilizzata nella misurazione dimensionale e nel rilevamento di oggetti estranei.
Illuminazione multi-angolo: adatta per pezzi complessi, riducendo il rilevamento dei punti ciechi causati da ombre e riflessi.
Ad esempio, nell'ispezione delle parti metalliche, l'illuminazione laterale può evidenziare efficacemente i difetti superficiali, mentre nell'ispezione del vetro, la retroilluminazione può evidenziare crepe e oggetti estranei.
Nell'ispezione con visione artificiale, le telecamere industriali, gli obiettivi e le sorgenti luminose formano insieme un sistema di visione completo. La configurazione ragionevole dei parametri della fotocamera, la selezione scientifica dell'obiettivo e il metodo di illuminazione corretto determinano direttamente l'accuratezza e la stabilità dei risultati del rilevamento. Nelle applicazioni pratiche, Zhixiang Vision considera in modo completo la selezione e l'abbinamento dei clienti in base alle attività di ispezione, alla velocità della linea di produzione e ai fattori ambientali, costruendo così un sistema di ispezione visiva efficiente e stabile.
Con l'aggiunta dell'intelligenza artificiale e degli algoritmi di deep learning, le funzioni delle telecamere industriali non si limiteranno solo all''imaging', ma si svilupperanno gradualmente nella direzione del riconoscimento intelligente e dell'analisi dei dati. Ciò significa che i futuri sistemi di visione industriale svolgeranno un ruolo maggiore nel settore manifatturiero, fornendo un solido supporto alle aziende per ridurre i costi, aumentare l’efficienza e migliorare i tassi di rendimento.
