什么是線掃系統(tǒng)？線掃系統(tǒng)如何選型？

隨著機器視覺的大規(guī)模普及與工業(yè)流水線速度、精度要求的提高，線掃描系統(tǒng)越來越被機器視覺工程師和最終用戶認可和接受。

那么如何選擇線陣相機呢？線陣相機有什么特點？線掃描相機工作原理是什么？下面我們就來簡單介紹一下線掃機器視覺方面如何選型。

那么，什么是線掃系統(tǒng)呢？線掃系統(tǒng)就是類似于打印機的復(fù)印和掃描過程，主要用于被測物體和相機之間有相對運動的場合。通過線掃相機高速的采集，每次采集完一條線后正好運動到下一個單位精度長度，繼續(xù)下一條線的采集，這樣經(jīng)過一段時間就拼成了一張二維的類似于面陣相機采集到的圖片，不同之處在于高度可以無限長。接下來可以通過軟件把這幅“無限長”的圖片截成一定高度的圖片，進行實時處理或放入緩存稍后進行處理。

線掃描系統(tǒng)除了機械結(jié)構(gòu)之外, 其主要組成部分還包括機器視覺和運動控制。

1、運動控制部分，主要包括馬達、馬達驅(qū)動器、運動控制卡或 PLC 以及機械單元等，為了保證采集的圖像與輸送帶同步，有時還會需要用到編碼器。

2、機器視覺部分，主要包括線掃相機、鏡頭、光源、圖像采集卡和機器視覺軟件等。

3、由于線掃描信息量大，所以也需要一臺高性能的工控機，配置大容量的內(nèi)存和硬盤，主板要提供 PCI、PCI-E 或 PCI-X 插槽等用于運控卡或圖像采集卡的安裝。

接下來談一下線掃系統(tǒng)機器視覺部分的選型：

一般來講，一個面陣視覺系統(tǒng)的配置選型是按照這樣的順序進行的：相機＋采集卡->鏡頭->光源。線陣視覺系統(tǒng)也類似，首先根據(jù)系統(tǒng)的檢測精度和速度要求，確定線陣 CCD 相機分辨率和行掃描速度，同時確定對應(yīng)的采集卡；然后根據(jù)線陣相機的鏡頭接口和檢測工件的視野要求來考慮鏡頭的選型，最后根據(jù)檢測工件的應(yīng)用環(huán)境和檢測目標確定光源的選型。

一、線陣工業(yè)相機的選型

第一步：計算分辨率。被檢物體寬度（與運動方向垂直）除以最小檢測精度得出每行所需要的像素值。

第二步：計算實際精度。根據(jù)上面像素值選擇相機。然后用被檢物體寬度除以像素數(shù)得出實際檢測精度。

第三步：計算每秒掃描行數(shù)，也就是線掃描速率。每秒運動速度長度除以精度得出每秒的掃描行數(shù)。

根據(jù)以上數(shù)值就可以選定相機。

例如被檢物體寬度為160mm、精度0.1mm、運動速度2200mm/s相機分辨率：160/0.1＝1600像素應(yīng)為2000像素左右，先選定為2K 相機

實際精度為：160mm/2048像素＝0.08mm

線掃描速率：2200mm/0.08mm＝27.5KHz

所以應(yīng)選定相機為線掃描速率大約為28kHz 的2K 相機。

二、線陣鏡頭的選型

常見的線陣相機分辨率目前有0.5k、1K、2K、4K、6K、8K、12K、16K 等幾種，像素大小有5um、7um、10um、14um 等幾種，這樣芯片的大小從 7..168mm (512x14um) 到 81.920mm (16Kx5um)不等。很顯然，C 接口遠遠不能滿足要求，因為Ｃ接口最大只能接 22 mm 的芯片，也就是1.3英寸。所以很多相機的接口為 F型，不同的鏡頭接口對應(yīng)不同的后背焦(Flange distance)，也就決定了鏡頭的工作距離不一樣。

光學(xué)放大倍率(β,Magnification)

確定了相機分辨率和像素大小，就可以計算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以視野范圍(FOV)就等于光學(xué)放大倍率。β=CCD/FOV

接口(Mount)：

主要有 C、CS、F、M42x1 、T2、M72x0.75等幾種，確定了之后，就可知道對應(yīng)接口的長度。

后背焦(Flange Distance)

后背焦指相機接口平面到芯片的距離，是一個非常重要的參數(shù)，由相機廠家根據(jù)自己的光路設(shè)計確定。不同廠家的相機，哪怕是接口一樣，也可能有不同的后背焦。

有了光學(xué)放大倍率、接口、后背焦，就能計算出工作距離和節(jié)圈長度。選好這些之后，還有一個重要的環(huán)節(jié)，就是看 MTF 值是否足夠好？很多機器視覺工程師不了解 MTF,而對高端鏡頭來說就必須用 MTF 來衡量光學(xué)品質(zhì)。MTF 涵蓋了對比度、分辨率、空間頻率、色差等相當豐富的信息，并且非常詳細地表達了鏡頭中心和邊緣各處的光學(xué)質(zhì)量。關(guān)于 MTF 表格，請自行了解，這里不再贅述。

鏡頭不僅只是工作距離、視野范圍滿足要求，邊緣的對比度不夠好，也要重新考慮是否選擇更高分辨率的鏡頭。

三、關(guān)于光源、鏡頭的調(diào)試

線掃描系統(tǒng)，對光源和相機來說，有效的工作區(qū)域都是一個窄條。也就是保證光源照在這個最亮的窄條與相機芯片要完全平行，否則只能拍到相交叉的一個亮點。所以機械安裝、調(diào)試是比較費工夫的。同時由于檢測物體寬度往往比較寬，對于線光源有兩個特別的要求，就是均勻性和直線性。因為線光源不同位置的亮暗差異，會直接影響圖像的亮度高低，這一點 LED 比鹵素燈更好控制。出光部分的直線性，取決于 LED 發(fā)光角度的一致性、聚光透鏡的直線性以及線光源外殼的直線性。

由于現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，客戶總是希望花多一些時間去現(xiàn)場調(diào)試。如我們前面講到的相機、光源、被測物體的相對角度測試、分析，許多因素會直接影響到檢測效果。所以我們建議先做實驗室測試，有了方案之后，再去現(xiàn)場調(diào)試，這樣會最有把握，也能提高調(diào)試效率。畢竟服務(wù)也是需要成本的。

審核編輯：湯梓紅