機(jī)器視覺硬件組成系統(tǒng)分析概述 1 11.2工業(yè)相機(jī) 2 3 51.5各組件的物理空間 51.1機(jī)器視覺硬件的組成圖1.1所示是一套典型機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的硬件：①工業(yè)相機(jī)、②工業(yè)鏡頭、工業(yè)鏡頭光源工業(yè)控制計(jì)算機(jī)①工業(yè)相機(jī)相機(jī)的作用是采集產(chǎn)品的圖像，并將采集到的圖像以電信號的形式發(fā)送給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。1969年，維拉●波義耳及喬治·史密斯發(fā)明了ChargeCoupledDevice,簡稱CCD。CCD是一種半導(dǎo)體的器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為電流信號。它具有運(yùn)行速度快、檢測精度高、可靠性好、功耗小、體積小方便攜帶、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)相機(jī)的應(yīng)用非常普遍。②工業(yè)鏡頭鏡頭的作用是將待檢測產(chǎn)品的影像在圖像傳感器上呈現(xiàn)出來。在使用時，相機(jī)必須要搭配鏡頭，如果沒有工業(yè)鏡頭，工業(yè)相機(jī)獲取的影像只有黑色或白色的陰影。鏡頭的參數(shù)直接影響了整個視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選取合適的工業(yè)鏡頭，也是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。③光源光源的主要作用是能夠提供光照亮度，來打亮待檢測的工件。良好的光源能夠清晰的把需檢測的工件和背景顏色分離出來，形成鮮明的對比，使得工件的輪廓在相機(jī)的成像中更加明顯，從而使圖像處理的計(jì)算簡單化。打光的好壞，直接影響了相機(jī)圖像采集的效果，只有合適的光源才能獲得高質(zhì)量的圖像。光源的正確選擇，也會給后期的算法平臺帶來簡便。④光源控制器光源控制器在機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)中是給光源提供電能，控制光源的照明狀態(tài)(亮\滅)以及調(diào)節(jié)光源的亮度，可調(diào)范圍為0到255,也可以通過I/O信號來控制光源控制器以實(shí)現(xiàn)光源的頻閃效果，從而延長光源的使用壽命。⑤工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡稱工控機(jī)，是專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。它的擴(kuò)展接口、串□以及USB□等。工業(yè)相機(jī)通過Gige或USB接□與工控機(jī)連接，將采集到的圖像在算法平臺上呈現(xiàn)出來。工業(yè)相機(jī)的合適選擇對于整個視覺檢測系統(tǒng)來說是十分重要的，是機(jī)器視覺系統(tǒng)的核心部分，工業(yè)相機(jī)的參數(shù)直接影響了視覺檢測的結(jié)果。相機(jī)的選型從分辨率、成像顏色、快門形式、電氣特性等方面考慮。相機(jī)每次拍攝獲取到的細(xì)節(jié)度稱之為分辨率，用像素來衡量，即圖像寬度和高度像素?cái)?shù)的乘積。相機(jī)型號按成像顏色可分為黑白和彩色兩類，本文所研究的目標(biāo)產(chǎn)品與成像顏色無關(guān)，故選黑白相機(jī)即可。相機(jī)的快門方式有兩種，一種是卷簾式，用于靜態(tài)拍攝；另一種是全局式，用于動態(tài)拍攝，本文檢測時產(chǎn)品是處于靜止的，選卷簾式即可滿足檢測要求。當(dāng)前，千兆網(wǎng)協(xié)議穩(wěn)定，傳輸速度也快，所有本系統(tǒng)選千兆以太網(wǎng)的工業(yè)相機(jī)。檢測精度的計(jì)算公式為：文所要求的銀觸頭定位精度要達(dá)到0.08mm,拍攝視野約為260mm×150mm,由此可推算，相機(jī)分辨率為3250×1875,故本項(xiàng)目選取的相機(jī)分辨率至少600萬像素，為了提高精度，一般選取更高一級像素的相機(jī)。通過綜合分析，本視覺系統(tǒng)選用的工業(yè)相機(jī)為MV-CE100-31GM,如圖1.2所示。詳細(xì)參數(shù)如表1.1所示。分辨率數(shù)據(jù)接□供電軟件像元尺寸CMOS卷簾黑白1.3工業(yè)鏡頭焦距是鏡頭選型的重要參數(shù)，利用相機(jī)的成像原理計(jì)算出鏡頭的焦距大小。圖1.3是相機(jī)的成像原理。芯片尺寸視角圖1.3相機(jī)的成像原理鏡頭的芯片尺寸計(jì)算公式為：其中Sensorw和Sensorh分別是鏡頭芯片的寬和高(mm),p尺寸，L為物距，Pw和P?分別為相機(jī)的寬度和高度分辨率。已知工業(yè)相機(jī)的像元尺寸為1.67μm,分辨率為3840×2748,物距是800mm,代入公式(1.2)得：本文存放產(chǎn)品的供料盤大小為210×120mm,所以拍攝視野要略大于210mm,取260mm,代入公式(1.3)得：可得最小需要25mm焦距的鏡頭，目前標(biāo)準(zhǔn)的鏡頭焦距有16mm、25mm、如圖1.4所示。詳細(xì)參數(shù)如表1.2所示。像面尺寸最近攝距外形尺寸工作溫度1.4光源度選擇300mm長的條形光源，型號為JL-LR-300×20,如圖1.5所示。1.5各組件的物理空間1.6所示。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際要求決定工作距離為800mm;鏡頭通過C-Mount接口形亮整個柔性供料盤，兩條光源的