Vi siete mai chiesti come scegliere la telecamera industriale giusta per il vostro sistema visivo? La scelta della telecamera perfetta implica la comprensione dei diversi tipi, come le telecamere array e a scansione di linea, e la considerazione di fattori quali la risoluzione, le dimensioni del sensore e i tipi di interfaccia. Questo articolo analizza questi aspetti critici, aiutandovi a prendere una decisione informata per soddisfare le vostre esigenze specifiche in vari ambienti industriali. Alla fine dell'articolo, sarete dotati delle conoscenze necessarie per migliorare i vostri sistemi di ispezione visiva in modo efficiente.
Le telecamere industriali sono diverse da quelle dei nostri smartphone o delle fotocamere DSLR. Possono operare in ambienti difficili, come temperature elevate, pressioni elevate e condizioni polverose. Le telecamere industriali sono costituite principalmente da telecamere array e telecamere a scansione di linea.
Le telecamere a scansione lineare sono utilizzate principalmente in scenari che richiedono un'elevata precisione e rapidità di movimento, mentre le telecamere array hanno una gamma più ampia di applicazioni.
Queste telecamere hanno una configurazione lineare e sono tipicamente utilizzate in due scenari. In primo luogo, vengono utilizzate per ispezionare campi visivi allungati, simili a nastri, spesso su tamburi rotanti. In secondo luogo, vengono scelte per applicazioni che richiedono un ampio campo visivo con un'elevata precisione. Le immagini bidimensionali che vediamo dalle telecamere a scansione di linea sono formate da scansioni multiple di linee.
I vantaggi delle telecamere a scansione di linea includono la capacità di avere un numero elevato di pixel monodimensionali, un numero inferiore di pixel totali rispetto alle telecamere ad array, dimensioni flessibili dei pixel ed elevate frequenze di fotogrammi. Ciò le rende particolarmente adatte alla misurazione di target dinamici monodimensionali.
Le telecamere a matrice sono maggiormente utilizzate nelle applicazioni di visione industriale. Il vantaggio delle telecamere CCD array è la loro capacità di acquisire direttamente informazioni di immagine bidimensionali, fornendo immagini di misura intuitive.
Possono essere utilizzate per brevi tempi di esposizione, il che è vantaggioso per l'acquisizione di scene dinamiche, e sono adatte anche per oggetti statici. Dal momento che utilizzo principalmente telecamere array, questa sezione si concentrerà sulla selezione delle telecamere array.
Per i soggetti statici, le telecamere CMOS sono un'opzione conveniente. Tuttavia, per gli obiettivi in movimento, sono preferibili le telecamere CCD. Se è richiesta un'acquisizione ad alta velocità (riferita alla velocità di raccolta, non alla velocità di movimento), si dovrebbero prendere in considerazione le telecamere CMOS, con la loro velocità di raccolta superiore. Per l'acquisizione di immagini di alta qualità, ad esempio per la misurazione delle dimensioni, si consigliano i CCD, che in genere superano i CMOS nei sensori di piccole dimensioni.
Le telecamere industriali CCD sono utilizzate principalmente per l'acquisizione di immagini di oggetti in movimento e sono ampiamente impiegate nelle soluzioni di ispezione visiva automatizzata. Con il progresso della tecnologia CMOS, le telecamere industriali CMOS sono sempre più diffuse grazie al loro basso costo e consumo energetico.
La parte anteriore di una telecamera industriale è destinata al fissaggio degli obiettivi e in genere dispone di interfacce professionali standardizzate. Sul retro, di solito sono presenti due interfacce: un'interfaccia di alimentazione e un'interfaccia dati.
Le interfacce delle telecamere industriali includono USB 2.0/3.0, CameraLink, Gige, 1394a/1394b, CoaXPress e altre. Qui vengono presentati solo alcuni tipi comuni.
Interfaccia USB:
Supporta il collegamento a caldo, la facilità d'uso, la standardizzazione e l'unificazione, la connessione di più dispositivi e l'alimentazione tramite cavo USB.
Tuttavia, manca un protocollo standardizzato e ha una struttura master-slave, con un elevato utilizzo della CPU e una larghezza di banda non garantita. Le interfacce USB 3.0 sono autoalimentate, ma è possibile utilizzare una fonte di alimentazione esterna se l'alimentazione USB è instabile.
Interfaccia Gige Gigabit Ethernet:
Sviluppato sulla base del protocollo di comunicazione Gigabit Ethernet, è adatto per applicazioni di imaging industriale, trasmettendo segnali video non compressi su una rete.
Offre una buona espandibilità, con lunghezze di trasmissione dati fino a 100 m (estendibili all'infinito con ripetitori), una larghezza di banda di 1 Gbit per la trasmissione istantanea dei dati, utilizza schede NIC standard (o quelle preinstallate sui PC), è economico e utilizza cavi economici (cavi Ethernet standard CAT-6) con connettori standard. È facile da integrare, conveniente e ampiamente applicabile.
Interfaccia CameraLink:
Protocollo di comunicazione seriale che utilizza gli standard dell'interfaccia LVDS, noto per l'alta velocità, le forti capacità anti-interferenza e il basso consumo energetico. Sviluppato a partire dalla tecnologia Channel link, aggiunge alcuni segnali di controllo della trasmissione e definisce i relativi standard. Il protocollo utilizza connettori MDR-26, offre un'elevata velocità con larghezza di banda fino a 6400 Mbps, forti capacità anti-interferenza e basso consumo energetico.
Le interfacce Gige semplificano l'impostazione di più telecamere e supportano un cavo di uscita di 100 metri. L'interfaccia Camera Link è progettata specificamente per le esigenze di dati immagine ad alta velocità. Le interfacce USB 3.0 sono note per la loro semplicità e le capacità in tempo reale.
Attualmente, l'interfaccia più utilizzata nella visione industriale è l'interfaccia Gige (Ethernet), che offre vantaggi significativi rispetto ad altre interfacce in termini di velocità di trasmissione, distanza e costo.
La risoluzione è un fattore chiave nella scelta della fotocamera. È importante capire la relazione tra risoluzione, pixel, precisione, dimensione dei pixel e dimensione del sensore, poiché questi termini vengono spesso confusi.
La risoluzione della telecamera si riferisce al numero di pixel catturati in ogni immagine, indicando il numero totale di chip sensibili alla luce, tipicamente misurati in milioni e disposti in una matrice.
Ad esempio, una fotocamera da un milione di pixel potrebbe avere una matrice di pixel di WxH = 1000×1000. Le dimensioni dei pixel variano a seconda dei dispositivi e ogni pixel ha una posizione specifica e un valore di colore assegnato. La disposizione e il colore di questi pixel determinano l'aspetto dell'immagine.
Le dimensioni dei sensori (CCD/CMOS) possono creare confusione, in quanto termini come 1/1,8 pollici o 2/3 pollici non si riferiscono ad alcuna dimensione o diagonale particolare del sensore, rendendo difficile concettualizzare le dimensioni effettive.
| Tipo di sensore | Linea diagonale (mm) | Larghezza (mm) | Altezza (mm) |
| 1/3" | 6.000 | 4.800 | 3.600 |
| 1/2.5 | 7.182 | 5.760 | 4.290 |
| 1/2" | 8.000 | 6.400 | 4.800 |
| 1.8" | 8.933 | 7.176 | 5.319 |
| 2/3" | 11.000 | 8.800 | 6.600 |
| 1″ | 16.000 | 12.800 | 9.600 |
| 4/3" | 22.500 | 18.800 | 18.500 |
Le dimensioni del sensore influiscono sul campo visivo e sulla distanza di lavoro. Con sensori di dimensioni maggiori a parità di densità di pixel, la dimensione dei pixel aumenta, aumentando l'area sensibile alla luce di ciascun pixel e migliorando la qualità dell'immagine. A parità di distanza di lavoro e di obiettivo, un sensore più grande può acquisire un campo visivo più ampio.
Con la risoluzione della fotocamera e le dimensioni del sensore, è possibile calcolare la dimensione dei pixel:
Dimensione dei pixel = Dimensione del sensore / Risoluzione (numero di pixel)
In questo modo si ottiene la dimensione del pixel sia in larghezza che in altezza.
La dimensione dei pixel si riferisce alla dimensione fisica effettiva di ciascun pixel della matrice di pixel del chip, ad esempio 3,75um x 3,75um. In un certo senso, la dimensione dei pixel riflette la reattività del chip alla luce. I pixel più grandi possono ricevere più fotoni, producendo più carica elettrica a parità di condizioni di illuminazione e tempo di esposizione.
Ciò è particolarmente importante per le immagini in condizioni di scarsa illuminazione, dove la dimensione dei pixel è un indicatore della sensibilità del chip. È fondamentale distinguere questo aspetto dalla risoluzione della fotocamera: valori di risoluzione più piccoli indicano una risoluzione più elevata, mentre dimensioni di pixel più grandi implicano una maggiore sensibilità. Si tratta di due concetti distinti.
La precisione si riferisce alla dimensione dell'oggetto effettivo rappresentato da un singolo pixel, espressa in (um*um)/pixel. È importante notare che la dimensione del pixel non coincide con la precisione.
La dimensione dei pixel è una caratteristica fissa della struttura meccanica della telecamera, mentre la precisione è legata al campo visivo della telecamera ed è variabile. Più piccolo è il valore di precisione, più alta è l'accuratezza.
La dimensione rappresentata da un singolo pixel = larghezza del campo visivo / risoluzione in larghezza = altezza del campo visivo / risoluzione in altezza
Nota aggiuntiva: considerando la distorsione ai margini della telecamera e i requisiti di stabilità del sistema, in genere non equipariamo una singola unità di pixel a un valore di precisione di misura.
A volte, a seconda della sorgente luminosa, il valore di calcolo aumenta. Con una retroilluminazione, la precisione è di 1~3 pixel, mentre con una fonte di luce diretta è di 3~5 pixel. Ad esempio, utilizzando una fotocamera da 500W pixel con una risoluzione di 25002000 e un campo visivo di 100 mm80 mm:
È importante capire che quando si calcola la risoluzione sulla base di una precisione nota, spesso è necessaria una telecamera con una risoluzione superiore al valore calcolato per soddisfare i requisiti.
La risoluzione delle immagini è relativamente semplice da capire. Si riferisce al numero di pixel utilizzati per visualizzare un'immagine per unità di distanza, un concetto simile a quello di precisione ma espresso in modo diverso.
Quando il campo visivo, cioè la dimensione del bersaglio, è fisso (la dimensione del bersaglio è generalmente considerata come il campo visivo quando si sceglie una telecamera), maggiore è la risoluzione della telecamera, maggiore è la precisione e la risoluzione dell'immagine.
Quando il campo visivo non è fisso, telecamere con risoluzioni diverse possono raggiungere la stessa precisione. In questi casi, la scelta di una telecamera con pixel più grandi può ampliare il campo visivo, ridurre il numero di scatti necessari e aumentare la velocità dei test.
Ad esempio, se una telecamera ha 1 milione di pixel e un'altra 3 milioni di pixel, ed entrambe hanno la stessa nitidezza (20um/pixel di precisione), il FOV della prima telecamera è 20mm×20mm = 400 mm quadrati, mentre il FOV della seconda telecamera è 1200 mm quadrati. Se si acquisisce lo stesso numero di obiettivi su una linea di produzione, la prima telecamera potrebbe aver bisogno di scattare 30 immagini, mentre la seconda ne dovrebbe scattare solo 10.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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