Hướng dẫn chọn Camera Thị giác Máy: Cách lựa chọn camera phù hợp cho kiểm tra công nghiệp

Các thông số kỹ thuật cốt lõi của máy ảnh thị giác máy quyết định độ chính xác kiểm tra

Độ phân giải và kích thước điểm ảnh: Cân bằng giữa việc ghi chi tiết với phạm vi quan sát và giới hạn của ống kính

Độ phân giải tốt hơn giúp người kiểm tra phát hiện các lỗi nhỏ tới 1,5 micron, điều này rất quan trọng khi kiểm tra xem các miếng hàn PCB có căn chỉnh chính xác hay không. Ngày nay, các cảm biến có độ phân giải trên 20 megapixel có thể phát hiện các vấn đề mà trước đây sẽ bị bỏ sót máy ảnh với độ phân giải thấp hơn. Nhưng luôn có một điểm đánh đổi khi nói đến độ phân giải. Các điểm ảnh lớn hơn, dao động từ khoảng 3,45 đến 9 micron, thực tế giúp camera thu nhận được nhiều ánh sáng hơn, nhưng lại đi kèm với chi phí là giảm độ rõ nét chi tiết. Và sau đó còn có cả vấn đề về diện tích cần quan sát một lúc, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến việc loại cảm biến và ống kính nào phối hợp tốt nhất với nhau. Nhiều người mắc sai lầm khi lắp một cảm biến megapixel cao đắt tiền vào một ống kính rẻ tiền hoặc quá nhỏ, và ngay lập tức ống kính trở thành khâu yếu nhất thay vì chính chiếc camera. Khi xem xét các khu vực kiểm tra lớn, không ai đạt được kết quả tốt chỉ bằng cách tập trung vào một thành phần duy nhất. Toàn bộ hệ thống cần phải hoạt động đồng bộ ngay từ đầu.

Tốc độ khung hình và loại cửa trập: Loại bỏ hiện tượng mờ do chuyển động trên dây chuyền sản xuất tốc độ cao

Để có hình ảnh không bị méo trên những băng chuyền tốc độ cao chạy ở tốc độ 5 mét mỗi giây hoặc nhanh hơn, các cảm biến chụp toàn khung hình (global shutters) trở thành giải pháp thiết yếu vì chúng ghi lại toàn bộ khung hình cùng một lúc. Các cảm biến quét dòng (rolling shutters) không thể theo kịp các vật thể chuyển động nhanh và thường tạo ra hình ảnh bị nghiêng lệch. Khi tính toán tốc độ khung hình cần thiết, về cơ bản hãy lấy tốc độ di chuyển của sản phẩm chia cho kích thước nhỏ nhất của lỗi cần phát hiện. Ví dụ, nếu ai đó muốn phát hiện các khuyết tật nhỏ tới 0,1 milimét trong khi vật thể di chuyển với tốc độ 3 mét mỗi giây, phép tính này cho thấy cần ít nhất 300 khung hình mỗi giây. Các dây chuyền sản xuất xử lý khoảng 20 nghìn sản phẩm mỗi giờ thường yêu cầu hơn 500 fps với thời gian phơi sáng được đo bằng micro giây để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng mờ do chuyển động trong các lần kiểm tra quan trọng. Hãy nghĩ đến việc đảm bảo ren nắp chai được chính xác hay theo dõi các mối hàn một cách sát sao. Việc xác định vị trí chính xác rất quan trọng vì ngay cả sự lệch nhẹ cũng có thể quyết định giữa việc phát hiện hay bỏ sót một khuyết tật.

Dải động và Hiệu suất lượng tử: Tối đa độ tương phản và độ nhạy ánh sáng thấp để phát hiện lỗi

Các camera có dải động ít nhất 120 dB có thể ghi lại những khác biệt về độ phản xạ tinh vi mà chúng ta thường bỏ lỡ — hãy nghĩ đến cách chúng xử lý bề mặt kim loại đánh bóng so với nhựa trong được chiếu sáng ngược mà không bị chói ở vùng sáng hay ngập nhiễu trong bóng tối. Khi kết hợp với các cảm biến có hiệu suất lượng tử trên 80% (điều khả thi nhờ công nghệ CMOS chiếu sáng từ phía sau), những camera này hoạt động đáng kinh ngạc trong điều kiện ánh sáng yếu mà không xuất hiện hình ảnh nhiễu hạt do tăng độ khuếch đại. Điều kỳ diệu thực sự xảy ra khi kiểm tra vật liệu composite để tìm các khuyết tật ẩn. Những thay đổi nhỏ trong cách ánh sáng bị hấp thụ cho thấy sự hiện diện của các khoảng rỗng bên trong vật liệu. Các nhà sản xuất ô tô cũng thấy tính năng này đặc biệt hữu ích. Họ cần phát hiện những lỗi thẩm mỹ nhỏ trên lớp sơn xe, đôi khi chỉ khác biệt 5% về độ phản xạ, ngay cả khi ánh sáng nhà máy nhấp nháy hoặc thay đổi cường độ trong quá trình sản xuất.

Phù hợp Công nghệ Cảm biến Máy ảnh Thị giác với Yêu cầu Vật liệu và Bước sóng

Cảm biến Ánh sáng nhìn thấy, UV và SWIR: Khi Khuyết tật Bên dưới Bề mặt Đòi hỏi Hình ảnh Ngoài Phạm vi Nhìn thấy

Các cảm biến ánh sáng nhìn thấy thông thường hoạt động rất tốt để kiểm tra bề mặt, nhưng lại hạn chế khi cần phát hiện những gì ẩn giấu bên dưới các vật liệu như nhựa, bộ phận composite hoặc linh kiện silicon. Cảm biến tia cực tím (UV) trong dải bước sóng từ 200 đến 400 nm có thể phát hiện các vết nứt nhỏ và các chất phát quang bằng cách kích thích các vật liệu mà chúng quét. Trong khi đó, các cảm biến hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) hoạt động ở bước sóng từ 900 đến 2500 nm thực sự có khả năng nhìn xuyên qua nhựa mờ đục và các tấm silicon để phát hiện các vấn đề như nước xâm nhập, các lớp bị tách rời hoặc sự chênh lệch nhiệt độ có thể gây ra sự cố về sau. Nghiên cứu công bố năm ngoái cho thấy các cảm biến SWIR này phát hiện được gần 40% số khuyết tật ẩn giấu nhiều hơn trong bao bì thuốc so với các phương pháp chiếu sáng tiêu chuẩn. Tóm lại, việc lựa chọn bước sóng của cảm biến phù hợp với đặc tính hấp thụ ánh sáng của các loại vật liệu khác nhau sẽ tạo nên sự khác biệt lớn trong việc phát hiện các vấn đề nghiêm trọng trước khi chúng trở thành rắc rối lớn.

Cảm biến Đơn sắc so với Cảm biến Màu: Các thỏa hiệp về Độ nhạy, Tốc độ và Độ trung thực Quang phổ trong Kiểm tra Chất lượng Công nghiệp

Các cảm biến đen trắng thường có hiệu suất lượng tử tốt hơn khoảng 60 phần trăm so với loại màu vì chúng không có các bộ lọc Bayer làm hấp thụ ánh sáng. Điều này có nghĩa là chúng có thể chụp hình nhanh hơn và hoạt động tốt hơn nhiều trong điều kiện ánh sáng yếu. Những lợi thế này khiến chúng lý tưởng để phát hiện các vết xước nhỏ trên bề mặt kim loại hoặc các lỗi nhỏ trong các quy trình đóng chai tốc độ cao. Cảm biến màu chỉ thực sự cần thiết khi màu sắc ảnh hưởng đến kiểm tra chất lượng, ví dụ như đảm bảo thuốc viên có lớp phủ đồng đều hay sơn ô tô trông nhất quán trên các tấm khác nhau. Nhưng cảm biến màu cũng có điểm bất lợi. Quá trình nội suy màu (demosaicing) của chúng gây thêm độ trễ và thực tế làm giảm cả độ phân giải lẫn độ nhạy. Nhiều cơ sở sản xuất do đó phải đối mặt với tỷ lệ loại bỏ sai tăng lên. Đối với hầu hết các nhiệm vụ kiểm tra mà màu sắc không quan trọng, việc sử dụng hệ thống đơn sắc sẽ duy trì độ chính xác ở các sắc thái xám, đồng thời tăng tốc độ kiểm tra tổng thể và giảm thiểu lỗi.

Máy ảnh Chụp Khu vực so với Chụp Dòng trong Thị giác Máy: Lựa chọn theo Hình học Chi tiết và Hồ sơ Chuyển động

Khi Nào Nên Chọn Chụp Khu vực: Các Chi tiết Đứng Yên hoặc Di chuyển Ngắt quãng có Đặc điểm 2D Phức tạp

Máy ảnh quét khu vực chụp toàn bộ hình ảnh cùng một lúc, điều này làm cho chúng rất phù hợp để kiểm tra các bộ phận ít di chuyển hoặc chỉ di chuyển thỉnh thoảng khi cần phân tích 2D chi tiết. Hãy nghĩ đến các ứng dụng như kiểm tra các mối hàn trên bảng mạch in, xác minh nhãn mác được đặt đúng vị trí, hoặc căn chỉnh các thành phần có nhiều đặc điểm khác nhau. Những máy ảnh này có thể kiểm tra nhiều khía cạnh khác nhau trong một lần chụp, vì vậy chúng hoạt động hiệu quả trong các môi trường sản xuất theo lô phổ biến trong ngành sản xuất điện tử, nơi các lần dừng ngắn cho phép chụp hình rõ nét. Tuy nhiên, việc đồng bộ thời gian vẫn rất quan trọng để tránh hình ảnh bị mờ khi các bộ phận dịch chuyển nhẹ giữa các lần chụp. Nhưng bất chấp những hạn chế này, các hệ thống quét khu vực vẫn cực kỳ linh hoạt trong việc xử lý các hình dạng phức tạp và các mẫu không đều không tuân theo thiết kế lặp lại tiêu chuẩn.

Khi nào nên chọn Quét đường: Kiểm tra Web liên tục, Băng tải hoặc Hình trụ quay

Các camera quét dòng được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng mà các vật thể liên tục di chuyển không ngừng, chẳng hạn như kiểm tra các dải vật liệu trong quá trình sản xuất, băng chuyền tốc độ cao hoặc các vật thể tròn quay xung quanh. Những camera này thực sự có khả năng loại bỏ hiện tượng mờ do chuyển động ngay cả khi vật thể di chuyển nhanh hơn 5 mét mỗi giây. Chúng hoạt động bằng cách đồng bộ thời gian của hàng đơn pixel với tốc độ di chuyển của vật liệu dọc theo dây chuyền sản xuất, từ đó tạo ra những hình ảnh rõ nét mà không bị kéo dài hay biến dạng. Điều này khiến chúng rất phù hợp để kiểm tra các sản phẩm dài và liên tục như cuộn giấy, tấm kim loại và màng nhựa. Ngoài ra, chúng cung cấp hình ảnh toàn cảnh hoàn chỉnh xung quanh các chai và lon khi chúng quay. Theo như phần lớn những người trong ngành đóng gói đều biết, các hệ thống quét dòng này giúp giảm lượng dữ liệu khoảng 80 phần trăm so với các hệ thống quét khu vực thông thường. Và điểm nổi bật là chúng vẫn phát hiện được các lỗi tương đương mà hoàn toàn không cần dừng quy trình sản xuất.

Kết Nối Công Nghiệp Và Tăng Cường Môi Trường Để Triển Khai Máy Ảnh Thị Giác Máy Tính Đáng Tin Cậy

Khoảng 70 phần trăm các sự cố với hệ thống thị giác máy trong các nhà máy thực tế bắt nguồn từ những yếu tố môi trường khắc nghiệt. Hãy nghĩ đến: nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, bụi bay lơ lửng, rung động liên tục từ máy móc, cùng với nhiễu điện từ gây phiền toái. Các camera công nghiệp chống lại những vấn đề này nhờ các tính năng thiết kế đặc biệt. Chúng được trang bị vỏ bọc đạt tiêu chuẩn IP67 giúp ngăn bụi và độ ẩm xâm nhập. Các kết nối GigE Vision được bọc chắn nhiễu EMI để dữ liệu luôn ổn định ngay cả khi có nhiễu điện khắp nơi. Những camera này có thể chịu được rung động mạnh nhờ các điểm gắn gia cố, và hoạt động đáng tin cậy trong dải nhiệt độ rộng từ âm 30 độ Celsius đến 70 độ. Điều đó có nghĩa là chúng vận hành hiệu quả dù được lắp đặt gần các lò nung nóng rực, bên trong các hầm đông lạnh, hay cạnh các thiết bị lớn gây rung động. Ngoài ra, còn có nguồn điện dự phòng tích hợp để bảo vệ khỏi những thay đổi điện áp đột ngột. Tất cả các lớp bảo vệ này giúp duy trì hoạt động sản xuất ổn định, tránh dừng máy bất ngờ và đảm bảo kiểm soát chất lượng liên tục. Các camera tiêu dùng thông thường sẽ không thể tồn tại trong những môi trường đòi hỏi khắt khe như vậy mà không sớm bị hỏng hoàn toàn.