根据目的选择相机

导入视觉系统前需要确认的主要项目

视觉系统的使用方法大致可分为“数量、缺货检测”“异物、瑕疵、缺陷检测”“尺寸测量”“位置测量”4种,分别用于多种多样的行业。本资料介绍选择与目的相适应的相机的要点。

  1. 选择检测所需的设备
    选择符合检测规格的设备。
    相机/控制器/光源/镜头/显示器
  2. 检测判断
    利用实际工件和实机进行试验。
    OK、NG品的限度样本/检测效率/
    确认Must、Want/品种数
  3. 选择安装方法、安装地点
    研究具体的安装地点。
    移动中/停止中/周围环境/环境光/振动等
  4. 实现自动化的控制方法
    确认对视觉系统的输入输出控制。
    拍摄时间点/判定结果输出/PLC控制/数据输出
  5. 现场测试
    根据需要,在实际生产线上进行验证。
    设定微调/统计分析/输入输出控制确认
  6. 操作方法解说
    说明基本设定方法。
    公差设定/敏感度调整/检测设定变更/品种注册

视觉系统使用的相机种类大致可分为以下几种。根据用途,从中选择可获取更佳图像的相机。

(1)高像素型 (2)高速型 (3)标准型 (4)小型 各自均包括彩色、黑白相机。 导入视觉系统前需要确认的主要项目

选择检测所需的设备【相机选择篇】

【相机选择1】根据像素数选择(高像素型或标准型)

视觉系统使用的CCD感光元件,是格子状排列的小像素(pixel)的集合体。其中包括,从常被作为标准型使用的31万像素CCD,到被称为高像素型的200至500万像素CCD。

那么,对于其中的像素数差异,又该如何区分使用呢?

一般从“视野尺寸” 和“像素分辨率” 两点来选择相机。“视野尺寸”,就是拍摄检测目标物的范围,可通过所用的镜头进行变更。而“像素分辨率”,就是“CCD的1个像素相当于多少mm”,其中的关系如以下公式所示。

像素分辨率=Y方向视野尺寸(mm)÷CCD的Y方向像素数

接下来,以Y方向30 mm的视野尺寸为例,思考此时的像素分辨率。CCD使用标准型31万像素(Y=480像素)和高像素型中通用的200万像素(Y=1200像素)。

即【使用31万像素相机时的像素分辨率】=30 mm÷480像素=0.063 mm/像素
【使用200万像素相机时的像素分辨率】=30 mm÷1200像素=0.025 mm/像素。

只要知道像素分辨率,即可计算出此时视野尺寸的基准。视觉系统代表性的应用有“外观检测”和“尺寸检测”,在“外观检测”时使用“最小检测尺寸”来良否判定;在“尺寸检测”时则使用“尺寸公差”。

各项的基准值通常是:
“最小检测尺寸”=4像素角
“尺寸公差”=±5像素 为基准进行计算。

根据上一步中算出的像素分辨率,求出进行“外观检测”时的“最小检测尺寸”
【使用31万像素相机时的最小检测尺寸】=0.063 mm/像素 × 4像素角=0.25 mm角
【使用200万像素相机时的最小检测尺寸】=0.025 mm/像素 × 4像素角=0.1 mm角

也就是说,如果检测内容是“检测出30 mm视野内,小于等于φ0.1 mm异物”,就需要选择200万像素以上的相机。

【参考】将30 mm视野内的φ0.5 mm异物部分放大

31万像素 / 200万像素 [200万像素的相机能够拍摄出对比度更大、细微变化更清晰的影像。]

相机选择 POINT 1

从“像素分辨率”这一点来添加良否判定的基准,可选择合适像素数的相机!

【相机选择2】根据CCD类型选择(彩色型或黑白型)

客户常会提出,“彩色相机和黑白相机,到底选哪种好呢?”的疑问。通常情况下,如果检测项目会因“色相变化”发生差异,彩色相机会具有优势。下面是使用颜色处理来检测黑白相机难以检测的白底黄色污点的示例。

(1)彩色相机图像 (2)颜色处理图像 (3)瑕疵检测稳定度显示 / 黑白相机图像 > 对于这种不易发生“亮度变化”的情况,黑白相机很难呈现目标物与背景不均间的对比度差异,检测不稳定。

但是,并不表示选择黑白相机一点优势都没有。比如下面的“使用背光灯的尺寸测量”所示,并非“色相变化”,而是在“亮度变化”出现较大差异的情形下,应当选择黑白相机。

使用背光灯的金属工件的各种尺寸检测

相机选择 POINT 2

通过辨别出希望检测的点是“色相变化”还是“亮度变化”,可区分使用彩色相机和黑白相机!

【相机选择3】根据传输速度选择(高速型或标准型)

在视觉系统的相机中,即使像素数相同,在传输速度上,也有传送速度为高速的类型。以31万像素型为例,标准型的传输速度为16.0 ms,而高速型则实现了4.7 ms的传输速度。利用部分拍摄功能,还能实现进一步高速化。高速型不仅适用于高速生产线,对于常规速度的生产线检测,如果需要通过“追加预处理”、“追加检测工具,实现双重检查”等,达到更高的检测稳定性,高速型是有效的选择。

高速相机的应用
[ 检测芯片部分的外观(7倍速31万像素黑白相机) ] 检测项目: 检测模具部的瑕疵 / 尺寸检测 / 位置补正(Xyθ) | 触发间隔: 3 ms / 可检测个数: 19,980个/分钟 [ 检测瓶盖的外观(7倍速31万像素彩色相机) ] 检测项目: 检测印刷缺陷 / 位置补正(XY) / 角度补正(360°) | 触发间隔: 12 ms / 可检测个数:4,999个/分钟

相机选择 POINT 3

选择高速相机的优势,不仅包括“检测效率高速化”,还有“处理稳定化”!

【相机选择4】根据相机尺寸选择(小型或标准型)

小型相机的性能规格保持不变,却大幅缩小了相机尺寸。高像素型、标准型的彩色/黑白相机均配备了小型产品,基本上用于有效活用受限安装空间。尤其是在后装到现有设备等没有空间的情况下,小型相机的优势就体现了出来,可避免大幅的设备改造。

必要安装空间的思路

如下图所示,将A:WD(工作距离=镜头顶端至工件的距离)、B:镜头尺寸、C:相机尺寸、D:电缆空间(包括弯曲部分)加起来,就是相机部分的必要安装空间。

例:在标准相机上使用焦距6 mm的镜头,并设为30 mm视野的情况下

[ A:40mm, B:40mm, C:50mm, D:85mm ] A + B + C + D = 215mm 本次安装需要向上215 mm的空间。 / [ A:30mm, B:15mm ] 只需要 A+B=45 mm的安装空间。 / 若无法确保215 mm的空间,可以借助小型相机+侧视镜,实现大幅的节省空间化。

相机选择 POINT 4

事先确认安装空间,选择小型相机,可以省去不必要的设备改造!

“选择检测所需的设备【相机选择篇】”总结

视觉系统中的相机选择,是稳定检测最基本最重要的选择项目。本次,我们准备了“相机型号速览”,通过对照下列选择步骤,可以选出最合适的相机。

  1. 【步骤(1)】“根据像素数选择”满足必要精度的,是哪种机型的像素数
  2. 【步骤(2)】“根据传输速度选择” 对于要求高速处理及进一步稳定化处理的情况,选择高速型
  3. 【步骤(3)】“根据相机尺寸选择” 安装空间有限时,选择小型相机
  4. 【步骤(4)】“根据CCD类型(彩色/黑白)选择”需要拍摄色相变化时,选择彩色相机
【1】 2100万像素 500万像素 200万像素
5104×4092 2432×2040 2432×2050 1600×1200
【2】 109.9ms 27.6ms*1
50.3ms*2
29.0ms*1
52.4ms*2
61.2ms 11.6ms*1
20.1ms*2
11.6ms*1
20.2ms*2
29.2ms 58.5ms
【3】 标准 标准 标准 标准 标准 标准 小型
【4】 黑白 CA-H2100M CA-HX500M - CV-H500M CA-HX200M - CV-H200M CV-200M CV-S200M
彩色 CA-H2100C - CA-HX500C CV-H500C - CA-HX200C CV-H200C CV-200C CV-S200C
【1】 31至47万像素
784×596 512×480 784×596 512×480 640×480
【2】 2.9ms*1
5.2ms*2
1.7ms*1
2.8ms*2
2.9ms*1
5.3ms*2
1.7ms*1
2.9ms*2
4.7ms 16.0ms
【3】 标准 标准 标准 标准 小型
【4】 黑白 CA-HX048M - CV-H035M CV-035M CV-S035M
彩色 - CA-HX048C CV-H035C CV-035C CV-S035C

*1 使用CV-X400系列及CV-X200系列+CA-EC80HX/EC80L时
*2 使用CV-X100系列,或CV-X200系列+CA-EC80时

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