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PC-based架構的線(xiàn)掃描影像檢測系統
作者：
時(shí)間：2013-07-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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機械視覺(jué)應用在各種產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)制造及品質(zhì)檢測已是深入人心。利用機械視覺(jué)可以提升檢測精度或加速生產(chǎn)速度，因此逐漸變成許多生產(chǎn)檢測設備必備的一環(huán)。 目前市面上的影像檢測系統大多采用面掃描(Area-scan)的攝影機進(jìn)行影像的采集及分析, 但是隨著(zhù)產(chǎn)品尺寸的加大(例如PCB, LCD面板, 晶圓), 在提高產(chǎn)能及精度的要求下, 面掃描攝影機的分辨率及取像速度開(kāi)始無(wú)法滿(mǎn)足這些要求, 而人們也開(kāi)始意識到線(xiàn)掃描(Line-scan)攝影機的分辨率及取像速度才能滿(mǎn)足這些產(chǎn)業(yè)需求。
但是線(xiàn)掃描的檢測系統必需利用運動(dòng)速度才能取得面積影像，這與面掃描的影像檢測系統只要單純的曝光即可取得面積影像的工作原理是完全不同的。因此對于許多原本熟知面掃描影像檢測系統的設計者而言，要跨入線(xiàn)掃描影像檢測系統，除了要了解線(xiàn)掃描系統的工作原理及如何選擇主要組件外，最重要也是最基本的是如何得到正確且等比例的線(xiàn)掃描影像。 
線(xiàn)掃描影像檢測系統架構及主要組件
目前線(xiàn)掃描系統架構除了控制的主機系統及機構外, 主要組件分為視覺(jué)及運動(dòng)控制兩大類(lèi)組件。視覺(jué)組件主要包括：線(xiàn)性?huà)呙钄z影機, 鏡頭(Lens), 燈源(Lighting), 影像采集卡(Frame Grabber)；運動(dòng)控制的部份則可能包括：馬達, 馬達驅動(dòng)器, 運動(dòng)控制卡或PLC, 有時(shí)會(huì )搭配傳感器(Sensor)或位置比對器作對象到位偵測輔助。
（1）線(xiàn)掃描攝影機(Line-scan Camera)
目前市面上的 Line-scan Camera 分辨率從 512, 1024,2048, 4096, 8192,至12288像素(pixels)都有,通常剛開(kāi)始接觸線(xiàn)掃描系統的使用者在挑選 Line-scan Camera 時(shí), 大多只注意到分辨率是否能夠符合系統的目標精度需求, 而忽略了Line-scan Camera 本身的接口規格會(huì )影響影像采集卡的選擇性, 另外Camera的設計特性究竟適不適合系統的需求, Line-scan Camera 的掃描頻率(Line-Rate)的計算方式以及為什么有些Line-scan Camera掃描的速度可以提升4倍甚至是8倍?
（2）影像采集卡的選擇
Line-scan Camera 由于取像數據量大，因此多為數字式。目前影像采集卡主要就是以DSP架構跟非DSP架構兩大主流。雖然DSP架構可以做影像前處理并節省系統時(shí)間, 但由于影像卡廠(chǎng)商大多不開(kāi)放給使用者自行更改, 故在價(jià)格及功能彈性上的考慮而言，國內市場(chǎng)使用者還是以非DSP架構居多。此外, 在選擇影像卡時(shí)系統取像的最大可能數據量及數據接口也是考慮因素的一部份。
（3）光源的選擇
在選擇輔助光源時(shí), 切勿將區域掃描(Area-scan)用的交流電(AC Power)光源用在線(xiàn)性?huà)呙?Line-scan)上, 線(xiàn)性?huà)呙钁撨x用交流電(DC Power)光源作為輔助。除了交流電的光源閃爍頻率問(wèn)題外, 另外光源的選擇及使用上還要注意：光源的色溫、光源的均勻度、燈源的生命周期、光源的架設位置等。
（4）鏡頭的選擇
就Line-scan Camera 而言，通常只要分辨率大于2048pixels(含)以上, 攝影機廠(chǎng)商便會(huì )將接環(huán)設計成F-Mount (背焦距離為12mm)。對于2048pixels以上的 Line-scan Camera 來(lái)說(shuō)，采用F-Mount (接環(huán)內徑約43mm) 鏡頭較佳, 但 F-mount 規格的鏡頭多設計用于單眼攝影像機用途, 故規格不如C-Mount 及CS-Mount 鏡頭多樣化，同時(shí)價(jià)格上較高。
（5）運動(dòng)控制的種類(lèi)與特性
－PLC vs. PC Based。運動(dòng)控制以PLC起源較早, 而PC-based 的運動(dòng)控制是近十年的趨勢, 但是早期使用慣PLC的系統設計者很難快速的由PLC轉移到 PC-based 上, 主要的原因是硬件的控制架構及編程的邏輯與接口幾乎完全不同。一套線(xiàn)性?huà)呙璧挠跋裣到y，它的運動(dòng)控制究竟是PC-based 還是PLC較為合適？
PLC 架構本身是通過(guò)串行訊號(RS-232或RS-485)下達運動(dòng)速度位置等指令, 這種架構在作Area-scan 的影像系統搭配上問(wèn)題不大, 但是一旦應用在Line-scan 的影像系統時(shí), 由于 Line-scan 對于每條 Line 的觸發(fā)取像位置要求十分高，需要使用橋接接口的轉換后再將訊號送給影像處理平臺，因此遇到高速取像時(shí)訊號遺失的機會(huì )便非常高；PC-based 架構是利用運動(dòng)控制卡送出指令脈沖去下達位置及速度, 并通過(guò)編碼器傳回馬達的反饋脈沖，同時(shí)可以在行進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行位置比對功能，由于無(wú)需經(jīng)過(guò)橋接接口的轉換，因此可讓Line-scan的每條Line的觸發(fā)取像同步且正確。
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