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机器视觉照相机技术

机器视觉照相机在视觉应用中发挥着至关重要的作用,尤其是自动化质量控制。结合机器视觉控制器和 2D 图像处理软件,可以分析高分辨率图像数据,并识别生产过程中的错误和异常。

什么是机器视觉照相机?

机器视觉照相机也称为工业摄像机,是 2D 图像处理系统的重要组成部分。其主要功能是拍摄图像,然后通过硬件和软件的组合对图像进行处理。为不同应用处理所获得的信息。

生产系统中图像处理应用的典型示例是质量控制、存在性检查、完整性检查。对此会分析在生产线上所生产零件的特定特征。如此便可以检查零件是否符合质量标准,或者是否需要在必要时将其剔除。

摄像头是图像处理系统的一个组成部分。它由以下组件组成:

2D 图像处理系统的主要组件

帮助您选择适当的物镜

通过视觉计算器轻松自动确定适合工业摄像机的物镜:

机器视觉照相机与 Smart Camera 的区别

机器视觉照相机

  • 通过机器视觉控制器和图像处理软件实施图像分析

  • 可以将多个摄像头连接至单个机器视觉控制器

  • 通过机器视觉控制器的出色运算能力缩短处理时间

  • 适用于极高分辨率的检测任务

  • 摄像头结构紧凑



 

Smart Camera

  • 在 Smart Camera 中进行图像拍摄和分析

  • 通过集成接口输出数据

  • 可选集成照明技术

  • 无需额外的控制器



 

机器视觉照相机的应用范围

位置检查

机器人定位

零件测量

质量控制

检查存在性

过程监控

代码读取

Reliable Solution for Cross-Industry Applications

汽车行业

  • 乘用车内门的质量检验

  • 发动机缸体的质量检验

  • 用于自动拧紧的位置识别

电气行业

  • 印刷线路板的位置检查

  • 检查部件的对准情况

  • 检查连接器和电缆

包装业

  • 检查包装是否损坏、脏污或缺少标签

  • 检查包装的标签

  • 检查 PET 瓶的最短保质期

食品加工业

  • 饮料罐的对准情况 

  • 检查包装的标签

  • 联接式盖子的检测

这就是平面照相机与行扫描照相机之间的区别

下表总结了平面照相机与行扫描照相机之间的主要区别:

平面照相机

完整 2D 表面的图像拍摄(单次拍摄)
图像质量高
非常适合于固定物体
适用于一般的图像处理



Zeilenkameras

Bilderfassung erfolgt zeilenweise  (Bewegung ist notwendig, um das Objekt zu erfassen)
Bildqualität abhängig von der Bewegung und Bildaufnahmezeitpunkt
Ideal für Anwendungen mit bewegten Objekten und Endlosmaterialien 
Hohe Geschwindigkeit

Funktionsweise von CMOS-Sensoren mit Global oder Rolling Shutter

Bei CMOS-Bildsensoren gibt es zwei Belichtungsverfahren, welche steuern, wie ein Bild aufgenommen und ausgelesen wird. Diese Verfahren bestimmen die Belichtungszeit und somit die Lichtmenge, die im Kamerasensor in Elektronen umgewandelt als Wert ausgegeben wird. Man unterscheidet zwischen Global Shutter und Rolling Shutter:

Global Shutter

Gesamte Bildfläche wird zeitgleich belichtet 
Für statische und dynamische Anwendungen
Keine Bildverzerrung bei bewegten Objekten

Rolling Shutter

Zeilen werden zeitlich versetzt belichtet
Für statische Anwendungen
Bildverzerrungen bei schnellen Objektbewegungen (Rolling Shutter Effekt)
Aufnahme von Standbildern 

Der Rolling Shutter Effekt

Beim Rolling Shutter ist die Belichtungszeit für alle Pixel des Sensors gleich, jedoch erfolgt die Belichtung der einzelnen Zeilen nacheinander mit einer zeitlichen Verzögerung. Der Rolling Shutter Effekt tritt auf, wenn ein Objekt sich schneller bewegt als die Belichtungs- und Auslesezeit, wodurch das Bild aufgrund der Belichtung verzerrt wird.

Monochrom- oder Farbkamera? Wann verwende ich was?

Tatsächliches Bild

Bildaufnahme mit einer Monochromkamera

Eine Monochromkamera ist in der Lage, die Objekte vom Hintergrund zu unterscheiden.

Bildaufnahme mit einer Farbkamera

Eine Farbkamera ist in der Lage, die Objekte voneinander und vom Hintergrund zu unterscheiden.

In der industriellen Bildverarbeitung unterscheidet man zwischen Monochrom- und Farbkameras. Monochromkameras erfassen Graustufen und konzentrieren sich dabei auf die Helligkeitsunterschiede im Bild. Dadurch sind sie besonders gut für Anwendungen geeignet, die feine Kontraste und Details erfordern wie z. B. bei der Inspektion von Oberflächen oder der Messung von Objekten.

Farbkameras hingegen können Farbinformationen aufnehmen, was ihnen ermöglicht, Oberflächen präziser zu erfassen. Sie analysieren das gesamte Farbspektrum und bieten dadurch eine detailliertere und vielseitigere Bildwiedergabe. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen Farbe eine wichtige Rolle spielt, wie z. B. in der Qualitätskontrolle von Produkten, wo Farbunterschiede auf Materialfehler hinweisen können.

Das ist beim Einbau von Machine Vision Cameras zu beachten

Um eine zuverlässig Bildaufnahme zu gewährleisten, sind bei der Justierung der Industriekamera folgende Hinweise zu beachten.
Neben der optimalen Ausrichtung der Kamera spielt die Positionierung der Beleuchtung eine wichtige Rolle. Die Form des zu untersuchenden Objekts ist entscheidend für die Art und Weise, wie das Licht die Kamera erreicht, um einen möglichst hohen Kontrast zu erzeugen. Wichtig zu beachten ist beispielsweise der Winkel und die dadurch entstehenden Reflexionen. 

Die Schnittstelle von Machine Vision Cameras

Eine Ethernet-Schnittstelle für industrielle Kameras ermöglicht die Übertragung von Bilddaten über ein Netzwerk. Diese Schnittstelle wird häufig in der industriellen Bildverarbeitung eingesetzt, um Kameras mit Machine Vision Controllern oder anderen Geräten zu verbinden.

Gigabit Ethernet (GigE)

Gigabit Ethernet (GigE) ist eine Ethernet-Technologie, die Datenübertragungsraten von bis zu 1 Gigabit pro Sekunde (1 Gbit/s) ermöglicht. Die wesentlichen Merkmale von Gigabit Ethernet im Zusammenhang mit industriellen Kameras sind:
 
  • Schnelle Übertragung großer Bilddatenmengen

  • Einfache Integration dank Protokollstandard

  • Mehrere Kameras können in einem Netzwerk betrieben werden


Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Machine Vision Camera über ein Kabel mittels PoE (Power over Ethernet) anzuschließen, wodurch sowohl die Stromversorgung als auch die Datenübertragung über einen einzigen Anschluss erfolgen.


Auflösung

Die Auflösung eines Sensors gibt die Anzahl der Pixel an: je höher die Auflösung, desto kleiner die Pixelgröße bei gleicher Sensorgröße und desto feiner die erkennbaren Details. Sensoren können bei gleichen Abmessungen unterschiedliche Auflösungen aufweisen, da die Pixelgröße variieren kann. 

Bildfrequenz

Die Bildfrequenz, gibt die Anzahl der vollständigen Bilder an, die eine Kamera pro Sekunde erfasst. Eine höhere Bildfrequenz ermöglicht viele Bildaufnahmen bei Anwendungen mit schnellen Abläufen.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit bestimmt, wie viel Licht auf den CMOS-Sensor fällt und beeinflusst somit die Helligkeit des aufgenommenen Bildes. Eine längere Belichtungszeit führt zu helleren Bildern, kann jedoch auch zu Bewegungsunschärfe und erhöhtem Bildrauschen führen. Eine kurze Belichtungszeit ermöglicht schnelle Anwendungen und reduziert die damit verbundene Bewegungsunschärfe. 

Die passende Auflösung für jede Anwendung

AuflösungGenauigkeitBeispiele
1,6 MPAnwendungen, die keine extrem hohe Auflösung erfordernOptische Zeichenerkennung, Montagekontrolle, Anwesenheitskontrolle
5 MPAnwendungen, die eine mittlere Detailgenauigkeit erfordernInspektionen von Verpackungen
12 MPAnwendungen, die eine hohe Präzision erfordernInspektion feiner mechanischer Teile
24 MPAnwendungen, die eine sehr hohe Auflösung und Detailgenauigkeit erfordernPrüfung von Leiterplatten auf fehlerhafte Bauteile
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