一台小小的相机选错型号,可能导致整个智能产线检测失灵,这个常常被忽视的选择背后,隐藏着生产线“眼睛”的智慧秘密。

一家食品包装厂的产线上,传送带快速移动,突然系统警报响起——包装封口检测连续出现误判。技术员紧急排查发现,问题出在新换的工业相机上。

这台相机本身性能优秀,但类型与高速运动的产线不匹配,导致图像拖影严重-4。在更换为适合动态拍摄的全局快门相机后,误判率从15%骤降至0.05%以内。


01 基础架构

工业相机视觉检测分类为两个最基础的阵营:面阵相机和线阵相机,这决定了它们看世界的基本方式。面阵相机像我们平时用的相机,一次曝光就能捕捉完整的二维图像,适合对静止或缓慢移动的物体进行检测。

这种相机在定位、识别和尺寸测量等静态检测场景中表现出色-1。很多刚接触工业视觉的朋友可能会认为,这不就是相机的正常功能吗?

但工业环境复杂多变,当检测对象变成连续运动的材料时,面阵相机就不够用了。这时候线阵相机登场,它采用逐行扫描的方式工作,特别适合检测高速运动物体或宽幅材料。

想象一下印刷机上的报纸快速通过,或者宽达数米的金属板材需要检测表面瑕疵,线阵相机能够捕捉到每一个细微的缺陷,通过运动拼接形成完整图像-1

02 多元分类

工业相机的分类远不止面阵和线阵这么简单。从输出信号类型来看,工业相机视觉检测分类为模拟相机和数字相机两大类。这个分野可能很多人不太注意,但它直接影响图像质量和系统稳定性。

模拟相机输出的是模拟信号,需要通过图像采集卡转换为数字信号,在这个过程中容易受到电磁干扰,动态范围也有限。而数字相机直接输出数字信号,抗干扰能力强,传输更精确-10

另一个关键分类维度是传感器技术。工业相机按照传感器类型分为CCD相机和CMOS相机。CCD相机技术成熟,成像质量高,尤其适合高速、高精度应用场景。

但它的缺点是成本较高,功耗也相对较大。而CMOS相机功耗低,价格亲民,随着技术进步,其成像质量已逐渐接近CCD相机,在常规项目中应用广泛-10

03 色彩与接口

从色彩能力角度,工业相机视觉检测分类为黑白相机和彩色相机。你可能直觉认为彩色相机更好,因为能提供更多信息,但工业检测有它的特殊性。

黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值,生成灰度图像,在某些边缘检测场景中精度反而更高。彩色相机则通过获取红、绿、蓝三个分量的光信号输出彩色图像,适用于需要颜色识别的应用-4

接口协议这个看似技术的选择,实则直接影响系统的传输效率和稳定性。目前主流的接口包括GigE Vision、USB3 Vision和CoaXPress等。

GigE Vision采用以太网传输,支持长距离、低成本连接,是当前市场的主流选择。USB3 Vision即插即用,适合中短距离应用;而CoaXPress则是单线缆传输,被认为是未来高速高分辨率应用的趋势-1

04 选型应用

在实际应用中,工业相机的分类选择直接关系到检测效果。在物品表面瑕疵检测场景中,对光线、像素和清晰度要求极高。金属表面检测还需额外考虑反光问题,这需要选择合适的光源和相机组合-10

而对于快速运动的物体检测,情况就完全不同了。这里有个实用的经验法则:曝光必须发生在采集物体移动量小于一个像素的时间内。

如果物体以1厘米/秒的速度匀速移动,且物体分辨率设置为1像素/毫米,那么需要的最大曝光时间是1/10秒。实际操作中通常将曝光时间设置得更短,比如1/20秒,就能保持物体在移动半个像素内成像-4

车身间隙面差检测是另一个典型案例。在神龙汽车成都工厂,通过应用AI视觉技术检测系统,实现了车身间隙面差的自动测量,大幅提升了检测效率和一致性-2

05 立体维度

随着技术进步,工业相机已经从二维走向三维。3D视觉系统为图像增添了深度信息,通常使用激光测量距离和计算深度-7

这种技术虽然在一定程度上增加了系统复杂度和成本,但对于某些应用来说是至关重要的。

例如在机器人引导领域,3D视觉能够精确定位空间中的物体位置,引导机械臂准确抓取。增加深度信息使得复杂装配成为可能,特别是在微芯片组装等需要微米级精度的场景中-7

国内企业如迁移科技专注于3D工业相机和视觉系统的研发,其产品采用光栅结构光方案,能够对各种尺寸、材质、亮暗的物体生成高质量点云数据-3。这类相机的点云质量已达到行业领先水平,为智能制造提供了强有力的支持。

中船鹏力的3D工业相机结合AI技术,突破了复杂光照环境下的点云生成难题,实现了更精准的3D测量、识别和检测,已成功应用于压缩机上下料、拆码垛等多种场景-8


生产线上,包装封口检测恢复正常,误判率降至0.05%以下。技术员看着稳定运行的产线,不同类型的工业相机像不同特长的质检员,在各自岗位上发挥着不可替代的作用。