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如何选择工业相机图像传感器类型 高速工业相机在机器视觉的应用

来源:加一伟业 发布日期:2019-10-14

   【如何选择工业相机图像传感器类型】

  1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

  要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,同时需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

  2、灵敏度的选择

  通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。

  3、频率响应特性

  传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,超声波流量计必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点( 稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。

  4、线性范围

  传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。

  5、稳定性

  传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。

  6、精度

  精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。

  【高速工业相机在机器视觉的应用】

  在一个完整的机器视觉系统中,图像采集的意义非常大,因为通过图像采集后,视频信号就可以转换为计算机使用的数字格式。除图像采集卡之外,机器视觉系统需通过工业相机来完成图像的采集及处理分析。

  工业相机的存在,弥补了人力受环境因素的影响,不管在多么恶劣的环境下,都能获取清晰的图像。而人眼监测存在诸多缺陷,在速度较低的情况下,无法保障持续、稳定的工作,更不用说物体在高速运动时的检测了。高速相机是工业相机的一种,能将高速运动现象的发生、发展和运动规律等清晰成像。

  在自动化生产过程中,尤其是在高速生产的情况下,如果质量检测、工件测量等环节无法适应的话,就很容易造成生产过程的混乱,而高速相机在工业领域的作用就是为了满足高速检测,促进高速度高质量生产。

  纵观行业应用,高速工业相机已经不仅仅只是局限在工业领域,在科研及其他领域的应用也是非常广泛的,例如在科研上被用作记录分析物体的运动变化;在运动领域,用高速摄影技术,分析运动员的技术特色,记录运动员的动作轨迹;在军事领域,可用于检验武器性能、分析弹道等应用。

  在我国大步赶超国际先进水平这段过程中,高性价比的工业相机是更适合中国机器视觉市场的。而稳定可靠的质量,是未来发展中高速工业相机所需要具备的特性,从而满足各大行业的不同需求(华谷动力超高速相机,请见产品中心)。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业相机中cmos相机和ccd相机有哪些区别?

  CCD和CMOS在制造上的主要区别是:

  1.CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。

  2.CCD制造工艺较复杂,采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。

  3.CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少,所以很多摄像头生产厂商采用的CMOS感光元件。

  4.在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好。

  2、影响工业相机拍摄范围的因素有哪些?是镜头角度还是传感器尺寸?

  假设传感器尺寸为a*b,对角线长为c=sqrt(a*a+b*b),工业相机镜头焦距为f,那么以对角线作为计算视场的标准,则全视场大小=2*arctan(0.5*c/f)(其中arctan是反正切函数)。

  所以,焦距f和传感器尺寸共同决定了拍摄视场范围。

  要想增大工业相机拍摄范围,减小镜头焦距f或者采用大面阵传感器!

  3、机器视觉技术的应用实例

  机器视觉系统在质量检测的各个方面得到了广泛的应用,例如:采用激光扫描与CCD探测系统的大型工件平行度、垂直度测量仪,它以稳定的准直激光束为测量基线,配以回转轴系,旋转五角标棱镜扫出互相平行或垂直的基准平面,将其与被测大型工件的各面进行比较。在加工或安装大型工件时,可用该认错器测量面间的平行度及垂直度。

  以频闪光作为照明光源,利用面阵和线阵CCD作为螺纹钢外形轮廓尺寸的探测器件,实现热轧螺纹钢几何参数在线测量的动态检测系统。

  视觉技术实时监控轴承的负载和温度变化,消除过载和过热的危险。将传统上通过测量滚珠表面保证加工质量和安全操作的被动式测量变为主动式监控。

  用微波作为信号源,根据微波发生器发出不同波特率的方波,测量金属表面的裂纹,微波的波的频率越高,可测的裂纹越狭小。

  总之,类似的实用系统还有许多,这里就不一一概述了。下面我们较详细地介绍三个实用机器视觉系统。