Каждому системному интегратору известно, что выбор камер, освещения и объективов для каждого применения машинного зрения различен. Если в одних случаях требуется просто подсветка детали для получения более четкого ее силуэта, то в других необходима подсветка фронтальной поверхности изделия, чтобы выделить рисунок или прочитать код на этикетке.
Также и для увеличения. Если предполагается измерение с высокими допусками, то на камерах нужны объективы с более высоким разрешением. В противном случае, когда необходимо просто обнаруживать наличие/отсутствие различных характеристик, подойдут объективы с более низкими характеристиками.
Виды систем машинного зрения
Существует бесчисленное множество комбинаций объективов, освещения и разрешений систем машинного зрения, отвечающих современным требованиям.
В зависимости от условий применения устройств существует три основных варианта систем машинного зрения.
- На базе ПК;
- На базе встроенного контроллера машинного зрения;
- На базе интеллектуальной камеры.
Системы на базе ПК обеспечивают максимальную гибкость, включая практически любую комбинацию камер, объективов, устройств захвата кадров, контроллеров освещения и периферийных устройств ввода-вывода.
Встроенные контроллеры обеспечивают гибкость использования камер, объективов, процессоров, источников света и периферийных устройств ввода-вывода, одобренных OEM.
Несмотря на свою гибкость, для обоих решений необходимы специальные инженерные знания, начиная от первоначального проектирования и заканчивая ремонтом. Очень часто оборудование требуется устанавливать в шкафу для соответствия классу IP сборочной линии.
Интеллектуальные камеры имеют более простую настройку программного и аппаратного обеспечения и обычно в одном корпусе устройства смонтированы: камера, процессор, освещение, объектив, встроенное ПО и управление вводом-выводом.
(Рис. 1)
У большинства интеллектуальных камер высокий класс защиты IP, поэтому они могут быть установлены непосредственно на сборочной линии.
Состав встроенных устройств заранее определен производителем, что прописывается в свойствах изделия. Но многие поставщики интеллектуальных камер стараются добиться большой гибкости для своих систем при помощи модульности конструкции. Это помогает создавать дополнительные комбинации освещения и линз благодаря простой замене одного модуля на другой без нарушения защитных характеристик корпуса. Таким образом, высокая «модульность» интеллектуальной камеры помогает решить широкий спектр задач машинного зрения благодаря возможностям простых замен одних модулей на другие.
По этой причине модульные решения для интеллектуальных камер могут снизить общую стоимость эксплуатации, позволяя техническим специалистам выполнять реконфигурацию на месте, включая освещение и линзы во время ремонта, или переназначать систему для работы с новыми видами продукции или совершенно новыми приложениями.
Выбор освещения
Внешнее освещение предполагает широкие возможности: от подсветки для выделения внешних краев продукта до рассеянного прямого света для освещения отражающих плоских поверхностей, таких как металл, стекло или пластик. Эти фонари часто требуют отдельного источника питания и контроллера для управления, что увеличивает площадь смонтированного оборудования машинного зрения на сборочной линии.
Модульные интеллектуальные камеры устраняют данную проблему, так как источник света установлен непосредственно в самой камере. Большинство интегрированных источников освещения дают рассеянный прямой свет, обеспечивающий хорошее освещение для многих условий применения.
Добавление гибкости в освещении — например, возможность включать только часть общего света, чтобы выделить край, или возможность менять цвет света — расширяет количество приложений, которые может решить система интеллектуальных камер.
Хотя встроенное освещение может решить большинство задач, для освещения большей площади может потребоваться внешний источник света, например, большой светильник под низким углом.
Некоторые интеллектуальные камеры имеют разъемы прямого питания и управления для внешнего освещения, что обеспечивает больше возможностей и гибкости освещения, одновременно сводя к минимуму необходимость установки общего освещения на линии.
Специализированные фильтры
Помимо цвета освещения, фильтрация также полезна для создания контраста путем ограничения окружающего света или ограничения определенных длин волн цвета изображения. В некоторых случаях использование монохромной камеры с фильтром — это все, что необходимо для обнаружения разницы в цвете детали. Существует множество различных типов фильтров, которые можно прикрепить к линзе или источникам освещения (или к обоим) системы технического зрения: от полосовых фильтров до поляризационных фильтров.
Полосовые фильтры ограничивают цвет (длину волны), видимый камерой. Если вы используете монохромную камеру и исследуете определенный цветовой признак, полосовой фильтр может оказаться простым решением. Например, если вы намерены подсчитать количество красных деталей на подносе, использование синего фильтра с простым белым светом создаст достаточный контраст на изображении.
Поляризационные фильтры удаляют посторонний или рассеянный свет, который вызывает блики и часто загораживает детали на проверяемой детали. Поляризаторы пропускают свет только в определенном линейном направлении и удаляют «горячие точки» или шум, отраженный в тепловизор.
Интеллектуальные камеры позволяют интегрировать фильтры и источники света в саму камеру, поэтому все световое решение содержится в её небольшом прочном корпусе. Кроме того, модульная конструкция позволяет легко менять модули и реконфигурировать освещение и фильтрацию в соответствии с изменяющимися условиями применения.
Конфигурация объективов
Подобно тому, как для увеличения контрастности изображения, снятого интеллектуальной камерой, используются многочисленные методы освещения и фильтров, можно также выбрать несколько различных объективов для улучшения качества изображения. Типы объективов варьируются от линз с байонетом C до новейших жидкостных линз.
Объективы с байонетом (способом крепления) C обеспечивают максимальную универсальность. Они могут варьироваться от объективов от 1/3 до 4/3 дюйма, в зависимости от размера приемной матрицы камеры. Эти линзы могут быть фиксированными или иметь регулируемую фокусировку для работы на различных расстояниях. Объективы с байонетом C необходимо физически отрегулировать на камере, чтобы проверяемая часть была в фокусе.
С другой стороны, автофокусировка и жидкие линзы устраняют физическую регулировку и позволяют автоматически настраивать объективы с помощью программного обеспечения интеллектуальной камеры. Модули объективов с автофокусом перемещают объектив ближе или дальше от датчика, обеспечивая различные фокусные расстояния, что позволяет зафиксировать камеру в одном месте.
Автофокусировка позволяет интеллектуальной камере автоматически адаптироваться к изменениям рабочего расстояния (от камеры до детали), будь то в результате смены продукта или новых применений.
Жидкостные линзы — новейшее дополнение к линейке оптических линз с автофокусировкой. Жидкие линзы состоят из герметичной ячейки, содержащей масло и воду, где кривизна формы между масляным и водным барьером изменяется под действием электростатического давления; это меняет фокус линзы. (Рисунок 4)
Хотя механические линзы с автофокусировкой можно использовать для выполнения той же задачи фокусировки с помощью механического управления, жидкие линзы не имеют движущихся частей. Это особенно важно при считывании штрих-кодов, где коды Data Matrix или прямой маркировки деталей (DPM) могут быть представлены на разных расстояниях от камеры во время работы.
Ключевые преимущества жидкой линзы — быстрое время отклика, хорошее оптическое качество, низкое энергопотребление и размер. Она упрощает установку, настройку и обслуживание. По сравнению с другими механизмами автофокусировки жидкая линза имеет чрезвычайно быстрое время отклика и идеально подходит для применений, где расстояние считывания меняется от детали к детали.
Независимо от выбора объектива, модульные интеллектуальные камеры обеспечивают гибкость в использовании объективов, поддерживая новейшие объективы с автофокусировкой и стандартные объективы с байонетом C в автономном корпусе, который можно модифицировать для любой конфигурации.
Заключение
Модульные решения для интеллектуальных камер помогают интеграторам и конечным пользователям решать больше задач с минимальными затратами благодаря своей гибкой конструкции. Взяв на вооружение высоко модульные системы машинного зрения, поддерживающие различные решения в области освещения, линз и фильтров, интеграторы и конечные пользователи могут настраивать системы в заводских условиях для решения текущих или быстро перенастроить их для решения новых задач.
Владельцы модульных систем машинного зрения с большей вероятностью получат более высокую отдачу от своих инвестиций в автоматизацию за счет повторного использования, перераспределения задач и перепрограммирования этих решений машинного зрения.
