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选型 你选对了嘛?

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  • 发布时间:2021-07-05 11:33
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  • 【概要描述】选择英超切尔西系统之前,由于被检测对象的丰富与多样,同时每个检测系统有其自身的特殊性,因此在检测之前,应明确检测要求。明确的要求能够瞬间缩小选型范围,精准挑选符合产线需求的型号产品进行初步试验,这对日后打造高效、高质、流畅的产线具有非常重要的作用。

    选型 你选对了嘛?

    【概要描述】选择英超切尔西系统之前,由于被检测对象的丰富与多样,同时每个检测系统有其自身的特殊性,因此在检测之前,应明确检测要求。明确的要求能够瞬间缩小选型范围,精准挑选符合产线需求的型号产品进行初步试验,这对日后打造高效、高质、流畅的产线具有非常重要的作用。

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  • 发布时间:2021-07-05 11:33
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    前言

    作者| 吴问西

    选择英超切尔西系统之前,由于被检测对象的丰富与多样,同时每个检测系统有其自身的特殊性,因此在检测之前,应明确检测要求。明确的要求能够瞬间缩小选型范围,精准挑选符合产线需求的型号产品进行初步试验,这对日后打造高效、高质、流畅的产线具有非常重要的作用。英超切尔西系统选型时最为重要的是对“眼睛”和“大脑”进行选择。对于如何挑选最明亮的“眼睛”?如何选择最智慧的“大脑”,本篇将以2D英超切尔西项目为例,阐释在项目启动之前,我们应该明确哪些主要参数,如何利用着这些参数辅助选型。

     

    “眼睛”的选型

     

     

    机器英超切尔西系统的眼睛

    相机&传感器:分辨率、传感器尺寸、单色、彩色、CCD/CMOS

    镜片:焦距、分辨率、像圈直径、光学误差、技术细节

    光源:照明尺寸、工作距离、光的颜色、直射/散射光、照度、照明校准

    检测对象片:大小、几何形态、外表、材质、色彩

     

    一、相机选型需关注的参数

    1.物体尺寸大小

    物体尺寸大小决定了检测区域大小(注:需要的检测区域大小并不一定等于检测物体的大小)在确定检测区域大小时,还需要分析:

    1.物体的定位误差。例如10mm长的物体,定位误差为±2.5mm,那么物体可能出现的范围则是15mm的宽度。

    2.图像边缘区域的可用度。由于镜头的光学特性,图像的边缘区域成像质量会低于中间区域,那么上述物体出现在15mm的宽度范围则需要扩大至15*1.2=18mm。

     

    2.是否需要特定相机

    当机器英超切尔西系统用于测量、对位、识别、计数等场景时,一般选择黑白相机即可;但当机器英超切尔西系统是用于颜色检查或者多色光源的缺陷检测场景时,就需要考虑使用彩色相机,获取更丰富的图像信息(注意:使用彩色相机精度会有所损失)。此外,当机器英超切尔西系统用于飞拍场景时,则需要选择全局快门的相机,卷帘快门的相机由于其逐行曝光的特性会造成飞拍物体变形。

     

    3.测量精度必达值

    确定相机视野后,再计算出每个像素对应的精度要求(像素当量),即可得出相机的选型。在计算像素当量时,需要知道系统精度要求、成像边缘过渡带、算法精度等因素。例如要求的视野长边为50mm,最终精度为0.04mm,过渡带为2像素,算法重复精度为1像素,则需要的像素当量为(0.04/2)/1=0.02mm/pixel,所需相机长边分辨率为50/0.02=2500,可选择500W分辨率的相机。

     

    相机选型的一般步骤

     

    二、镜头选型需关注的参数

    1.确定工作距离

    在选择镜头时,第一步并不是选择镜头的焦距等参数,而是要考察现场的安装环境。

    无论对于FA(定焦)镜头还是对于远心镜头来说,工作距离都是成像过程中重要的参数,而受设备设计等因素影响,需考虑相机的安装范围以及是否与运动系统存在干涉。

     

    2. FA镜头的选择

    FA镜头的选择可以参考相机小孔成像模型的公式: 

    得到:

    FA镜头光路

     

    选择到合适焦距的镜头之后,还需根据镜头厂家提供的最小工作距离参数,确定该镜头是否适用,如有差距,则可根据镜头厂家提供的接圈参数表,查找是否能够通过增加合适厚度的接圈解决问题。

     

    2.远心镜头的选择

    远心镜头由于光路特点,计算公式与FA镜头不同,公式如下:

    物方远心光路

     

    由于每款远心镜头都有固定的工作距离,我们在选择到合适放大倍率的远心镜头后,需要对照镜头工作距离是否满足现场空间要求。

    由于每款远心镜头都有固定的工作距离,我们在选择到合适放大倍率的远心镜头后,需要对照镜头工作距离是否满足现场空间要求。远心镜头相比于 FA 镜头具有以下特点:

    优点: ①没有透视误差;②画面一致性好;局限性: ①光圈普遍较小;②成本较高;③大视野时镜头口径很大等。

     

    三、光源选型需关注的参数

    相机和镜头的选择基本可以根据数据计算得出,但光源种类成千上万,除理论支撑外,更多依赖于工程师的经验及测试效果,综合来看,选择光源的原则为尽可能增强被测物体与背景的对比度。但最终选择何种光源则是由检测对象的具体特征来决定的。

    1.被测物体对光源的要求

    被测物体特征一般决定了光源的种类。例如大尺寸物体需要均匀光场时,一般选择开孔面光源、球积分光源、多个条形光源的组合等。而当被测物体需要凸显高度、深度信息(如划痕、阴阳字符等)时,一般选择低角度的环形光源、多个条形光源或线光源的组合。

     

    2.被检测物体的形状、尺寸

    被检测物体的形状和尺寸一般决定了光源的形状和尺寸,尤其注意当光源位置较高,如使用开孔面光或架高的条形光源时,光源尺寸要大于2倍的被测物体尺寸,才能得到均匀照明的被测物图像,这是由光源发光光路及镜头成像所需入射光路决定的。

    球积分光源示意图

    3.目标物体的材质、颜色

    可通过分析被测物体的材质、颜色等特征,选择对应的光源。物体(自身不发光)的不同颜色决定了该物体对不同波长光线的反射、吸收率,例如使用蓝光照射位于红色平面上的蓝色物体,则物体较亮,背景较暗,这是由于蓝色物体反射较多的蓝色光线进入镜头,而红色背景吸收较多的蓝色光线。将蓝光换成红光,则会得到相反的结果。物体的材质也决定其对不同波长光线的反射、吸收率。例如金属一般反射更多的蓝光,某些种类的胶水反射更多的紫外光等。

    白光透过不同彩色滤片产生的光学效应

     

     

    “大脑”的选型


    机器英超切尔西系统:软件算法、速率、交互界面、编程接口、HMI

    机械&环境:循环周期、来料系统、所需空间、环境情况(脏污、多雾、运动、日光、接口(触发、数据、通讯端口)


    根据检测项目的不同,如:测量、对位、缺陷检测、深度学习、线阵相机、3D相机等选择不同的软件系统产品;

    根据检测项目的效率要求,选择满足软件运行要求的处理器、内存、硬盘等;

    根据检测项目的数据交互要求,选择控制器的接口(串口、以太网、IO等)。

     

    总  结

    至此,机器英超切尔西系统的选型基本完毕,但需注意,一个完善的机器英超切尔西项目,除了上述的“眼睛”与“大脑”的选择,还有许多值得考量的地方。例如系统的预算,对位系统的机械精度、软件如何验证或补偿精度,工作环境的防尘、高温、电磁干扰要求,UI界面的设计要求…在此不多赘述,将理论与实践结合,再加上项目经验方能选择出完美的机器英超切尔西系统。

     

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