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成像新视界——线阵分时成像系统的特点和应用
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2020-11-17 16:00:22来源: 中国机器视觉网

   沃德普自动化成立于2014年,是一家专注于机器视觉光源及光源控制器研发、生产与销售的高新技术企业,目前员工过百,研发技术工程师占比34%。

   沃德普始终坚持为客户提供具有竞争力的成像解决方案、高效的非标定制服务、稳定一致的产品品质,已设苏州、北京办事处及成都、东莞松山湖实验室,辐射全国,旨在为客户提供方便、快捷的本地化服务。

(一)外观缺陷检测难点

   产品外观缺陷会直接影响产品质量,检测时,由于产品缺陷种类繁多且干扰因素众多,导致外观检测一直是机器视觉检测中的难点,原因如下:

   1、外观检测多样化和非标化:对光源、控制器等硬件要求和配合变得复杂。

   2、对算法要求高:图像一致性、缺陷方向、背景干扰大等问题,也很难掌握。

   3、过多检测工序:一方面,让设备检测工序变复杂及成本变高。另一方面,设备厂商对设备空间要求高。

   沃德普致力于解决客户成像难点,盘古成像系统不仅能减少设备空间、节省成本,还大幅度提升检测效率。

(二)分时成像技术

   对于不同检测要求,需要针对各自特征,使用不同外形、角度、光谱的光源才能更好凸显图像特征,例如:手机玻璃盖板检测表面凹凸点、脏污缺陷,表面划伤缺陷,常规方案需要不同光源、多个工位,采用多组相机镜头及工控设备检测,庞大的设备检测线,导致了对设备的空间要求大及高成本。图(1)为产品外观检测多工位示意图。

   沃德普本次介绍的是分时成像技术,分为单线分时成像技术和“盘古”成像技术,其特点为:可将多个工位整合为一个工位,并且在一部相机下,呈现出多幅特征鲜明的图像。无需考虑因产品位置不一样,导致需重新定位标定等问题。对于多类型产品检测,其运算速度、设备空间和检测成本,都有着巨大优势。

   目前,分时成像技术主要应用在3C、PCB、锂电、印刷、布匹、膜材等行业检测中。

(三)单线分时成像技术

1. 单线分时成像技术工作流程

   由编码器给出信号,高速恒流逻辑控制器接收到信号后,给光源控制器和单线线扫描相机,高速且循环逐次地切换输出1-4组信号,PC端处理软件对相机采集的不同信号对应的不同图像,进行抽取和拼接,最后形成对应光源对应的不同图像。

   以三个光源分时成像为例,分别为一个明场和两个暗场的照明方式。将图像放大,如图(4)会看出明暗相间的像素,即1、4、7行为明像素,2、5、8行,3、6、9行为暗像素,以此类推。通过软件分别对这三个光源对应的图像进行抽取,再进行拼接,最终得出图(5)三幅独立的图像。


2. 单线分时成像技术特性

   1、品牌多样化:支持多种相机品牌,单线线扫描相机即可。

   2、分辨率多样化:支持常见2K/4K/8K/16K/32K检测,满足不同场景应用需求。

   3、通道多样化:最多支持6路光源进行高速分时切换,可根据不同应用需求布置光源。

   其缺点为由于使用单线线扫相机,在高速检测时,对光源亮度要求较高。系统时序控制由光源控制器实现,需对采集的图像进行抽取和重新拼接,但需各自算法足够稳定,保证图像不会丢失。

   单线分时技术用于卷料检测,膜材外观检测,布匹、LCD、OLED大屏外观检测,及印刷行业检测等。

3. 高速恒流逻辑控制器PHCL系列

   为了匹配分时频闪系统,要求光源控制器能快速响应切换速度,防止出现前面光源还未关断,后面光源就亮起,或匹配不上行频的情况发生,导致图像失去真实性。

   PHCL系列控制器图(6),可用于单线分时频闪系统中,控制器集成了三种逻辑输出功能,可控制相机与光源高速切换采图。该控制器采用恒流控制模式,响应时间<1us,单路支持5A电流输出,总功率600W,频闪发光时间可精确至1us调节,可满足不同应用场景需求。

(四)、“盘古”分时成像技术

1. 盘古分时成像技术工作流程

   区别于单线分时检测方式,盘古分时频闪检测流程:由编码器给信号,相机接收信号后给出循环的2-4组信号,使光源控制器支持高速频闪切换光源的亮灭,在相机端同步对图像进行拆分,同时实时给出几幅独立图像。

2. 盘古分时成像技术的特点

   1、可以支持1-4种光源同时检测,简化应用系统结构,大幅降低系统成本;

   2、采用TDI 技术,4线每盏灯,共16线,响应好,可在高行频下确保清晰的成像;

   3、控制时序直接由相机完成,控制精度高,图像稳定;

   4、可实时呈现拼接好的图像,无需PC端算法再进行抽取和拼接,效率高,可靠性好;

   5、速度快,最高可响应50khz的触发频率,触发延时<1us。

   同样盘古也有它的不足,在于现阶段相机支持8k分辨率,无法满足所有应用需求。沃德普明年即将推出16K分时、彩色分时成像技术,可覆盖大幅面检测、印刷测、PCB检测等。

3. 盘古分时成像技术应用

   目前盘古分时频闪方案,由于采用TDI技术,相机感光更好。已成功应用在3C笔记本键盘外观检测,玻璃盖板外观检测,以及锂电外观检测中。镜面材质物体暗场照明及产品高速检测,相机无法很好的接收光线,因此对相机感光、镜头通光量、光源亮度有较高要求,这种情况可以选用“盘古”成像方案。


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