相機與影像擷取

根據輸送線速度計算曝光上限

即使幀率很高,移動中的工件仍可能模糊。本測試把物體速度和取像比例換算成曝光時間上限,再在實際移動的邊緣上驗證這一上限。

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根據輸送線速度計算曝光上限 — 工程示意圖,並非已驗證的 Deyi 設備現場照片。
工程示意圖,並非已驗證的 Deyi 設備現場照片。

本測試要回答的問題

即使幀率很高,移動中的工件仍可能模糊。本測試把物體速度和取像比例換算成曝光時間上限,再在實際移動的邊緣上驗證這一上限。

這是一份與廠商無關的現場調機方法。更改任何設定之前,請先查閱所用具體型號的相機、鏡頭、感測器或控制器手冊。文中的數值範例表為假設資料,既不是 Deyi Vision 的量測結果,也不是產品規格。

前置條件

相機固定,標靶為剛性,並且大致平行於像平面移動。量測局部的最高速度,而不只是輸送線的標稱設定值;旋轉和振動需要另行檢查。

第一次實驗要排除移動中高度發生變化或發生旋轉的樣品:它們的表觀位移無法用單一的輸送線速度來表示。使用捲簾快門相機時,記錄掃描方向,並單獨測試影像歪斜。關閉自動曝光和自動增益,使被研究的曝光時間就是實際使用的曝光時間。在檢視試拍影像之前,先定義檢測方向、特徵尺寸和允許的影像位移。

測試台與紀錄

準備標尺標靶、編碼器或獨立的速度量測手段、原始影像擷取,以及可重複使用的銳利邊緣。固定對焦、光圈、增益和照明;記錄相機型號、快門類型、ROI,以及有效曝光時間(如果能取得)。

建立一份紀錄,內容包括樣品 ID、移動方向、實測視野寬度、有效像素寬度、速度量測方法、設定的曝光時間,以及相機回報的有效曝光時間(如有)。再補充照明設定和原始檔名。參考邊緣應放在靠近實際瑕疵的位置,而不是圖方便放在遠處的角落。靜止與移動兩次取像使用相同的邊緣方向,避免把光學差異誤當成移動的影響。

執行測試

  1. 在檢測平面上量測視野寬度和像素數;在靠近瑕疵的位置核對比例。
  2. 記錄最高速度,並根據最小特徵的要求選定以像素計的允許模糊量。
  3. 計算上限,然後在幾何配置不變的條件下,以 25、50 和 100 µs 的曝光時間擷取 100 張移動影像。
  4. 將移動時的邊緣寬度與靜止參考進行比較,並在最低光輸出和最高線速下重複。

輸送線停止時,在不調整對焦的前提下擷取參考影像。沿垂直於邊緣的方向畫一條剖面線,儲存剖面座標和計算邊緣寬度所用的方法。重新啟動移動後,對每一張擷取的影像重複同樣的量測,保留最大寬度及其影格 ID,同時保留寬度的分布。如果邊緣移出了量測區域,應先修正追蹤,再比較寬度。

假設範例表

假設情形:100 mm 的視野佔 2000 個像素,工件以 500 mm/s 的速度移動。允許 0.5 像素的位移,得到 50 µs。這只是對移動方面的限制,既不能證明瑕疵檢出,也未計入捲簾快門造成的歪斜。

s = FOV / pixels
t_max = allowed_blur_pixels * s / speed
Example: 100 / 2000 = 0.05 mm/px
0.5 * 0.05 / 500 = 0.00005 s = 50 us
假設範例表;請將所有輸入值替換為實際記錄的數值。
項目假設值含義
物面比例0.05 mm/px100 mm 除以 2000 像素
允許位移0.5 px選定的工程限值
曝光時間上限50 µs500 mm/s 下僅考慮移動的上限

視野寬度和速度要使用一致的長度單位,相乘之前先把微秒換算成秒。本例中算出的曝光時間,是所選位移允許量對應的上限,並不是建議的工作值。更短的曝光可以留出餘裕,但仍須保證有可用的訊號。把範例表與實測的移動邊緣展寬進行對照;兩者不一致時,先檢查局部比例、實際速度和有效曝光時間,再考慮修改模糊允許量。

測試流程

測試流程

取像比例和速度決定曝光期間的位移;驗證時使用靜止和移動兩個參考。

  1. 比例
  2. 速度
  3. 曝光
  4. 邊緣檢查
取像比例和速度決定曝光期間的位移;驗證時使用靜止和移動兩個參考。示意圖,間距不按比例。
查看原尺寸示意圖

解讀證據

解讀證據

對照同一條邊緣在靜止和移動時的表現。額外增加的邊緣展寬可以辨識出動態模糊,而不會與靜止狀態下的光學模糊混淆。

  1. 靜止
  2. 移動
  3. 展寬
  4. 限值
對照同一條邊緣在靜止和移動時的表現。額外增加的邊緣展寬可以辨識出動態模糊,而不會與靜止狀態下的光學模糊混淆。示意圖,間距不按比例。
查看原尺寸示意圖

把對照圖當作量測計畫來用:靜止取像建立光學基線,移動取像則加入了生產過程中的移動。不要把兩個邊緣寬度相減,就把結果當作通用的物理模糊估計值;剖面形狀和量測定義都會影響這個差值。統一採用同一種寬度定義,並檢查儲存下來的剖面。隨後再執行瑕疵檢測,檢驗所觀察到的展寬是否會改變實際工件上的判定。

故障排除

  • 如果靜止狀態下的邊緣就已經模糊,應先修正對焦或光學部分,再縮短曝光時間。
  • 如果過短的曝光使瑕疵淹沒在雜訊裡,應在額定範圍內改善照明;單靠提高增益補不回缺失的光子。

如果所有曝光時間下的表觀展寬都一樣,應檢查振動、追蹤和捲簾快門變形,不要認定是最短曝光失效。如果只有部分影格出現問題,把這些影格與速度波動或機械事件對應起來。解讀較寬的邊緣之前,先檢查是否飽和:被截斷的高光會改變邊緣的剖面。凡是為恢復訊號而加強了照明,都必須重新擷取一次靜止參考,因為照明的幾何關係可能改變邊緣對比度。

驗收與交接

只有當所選曝光時間在整個速度範圍內都滿足文件規定的移動邊緣與瑕疵檢出判定準則時,才予驗收。保留最壞情況的影像和有效設定;如果製程可能超出已驗證的範圍,應設定速度/曝光互鎖。

將原始檔案、設定、樣品識別碼和判定限值一併歸檔。請參照下方相關的產品指南與準備指南,與 Deyi Vision 討論已有文件記載的需求。

鎖定選定的設定,然後用此前未參與曝光選擇的全新合格樣品和瑕疵樣品進行測試。在文件規定的速度和照明極限條件下,記錄檢測判定結果和移動邊緣的量測值。必須同時通過影像品質限值和針對具體任務的判定限值才能核准;僅有計算出的上限並不夠。同時寫明允許的工作範圍,以及當速度、工件高度、光學部分或照明超出該範圍時應採取的措施。

來源與技術參考資料

這些資料說明本教學所用方法的依據與適用範圍。文中的檢查範例僅供參考;量產驗收需要用你自己的樣品取得佐證。

  1. Exposure TimeBasler查核於
  2. Acquisition Timing InformationBasler查核於

工程評估

把檢測問題與佐證資料一併寄來。

請提供樣品影像、目前的方案,以及未通過的檢查項目;並註明視野、工作距離、線速度與驗收標準,方便做出切實可行的評估。

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