什么是线扫系统 线扫系统机器视觉部分的选型要点

随着机器视觉的大规模普及与工业流水线速度、精度要求的提高，线扫描系统越来越被机器视觉工程师和最终用户认可和接受。

那么如何选择线阵相机呢？线阵相机有什么特点？线扫描相机工作原理是什么？下面我们就来简单介绍一下线扫机器视觉方面如何选型。

那么，什么是线扫系统呢？线扫系统就是类似于打印机的复印和扫描过程，主要用于被测物体和相机之间有相对运动的场合。通过线扫相机高速的采集，每次采集完一条线后正好运动到下一个单位精度长度，继续下一条线的采集，这样经过一段时间就拼成了一张二维的类似于面阵相机采集到的图片，不同之处在于高度可以无限长。接下来可以通过软件把这幅“无限长”的图片截成一定高度的图片，进行实时处理或放入缓存稍后进行处理。

 

线扫描系统除了机械结构之外, 其主要组成部分还包括机器视觉和运动控制。

1、运动控制部分，主要包括马达、马达驱动器、运动控制卡或 PLC 以及机械单元等，为了保证采集的图像与输送带同步，有时还会需要用到编码器。

2、机器视觉部分，主要包括线扫相机、镜头、光源、图像采集卡和机器视觉软件等。

3、由于线扫描信息量大，所以也需要一台高性能的工控机，配置大容量的内存和硬盘，主板要提供 PCI、PCI-E 或 PCI-X 插槽等用于运控卡或图像采集卡的安装。

接下来谈一下线扫系统机器视觉部分的选型：

一般来讲，一个面阵视觉系统的配置选型是按照这样的顺序进行的：相机＋采集卡->镜头->光源。线阵视觉系统也类似，首先根据系统的检测精度和速度要求，确定线阵 CCD 相机分辨率和行扫描速度，同时确定对应的采集卡；然后根据线阵相机的镜头接口和检测工件的视野要求来考虑镜头的选型，最后根据检测工件的应用环境和检测目标确定光源的选型。

一、线阵工业相机的选型

第一步：计算分辨率。被检物体宽度（与运动方向垂直）除以最小检测精度得出每行所需要的像素值。

第二步：计算实际精度。根据上面像素值选择相机。然后用被检物体宽度除以像素数得出实际检测精度。

第三步：计算每秒扫描行数，也就是线扫描速率。每秒运动速度长度除以精度得出每秒的扫描行数。

根据以上数值就可以选定相机。

例如被检物体宽度为160mm、精度0.1mm、运动速度2200mm/s相机分辨率：160/0.1＝1600像素应为2000像素左右，先选定为2K 相机

实际精度为：160mm/2048像素＝0.08mm

线扫描速率：2200mm/0.08mm＝27.5KHz

所以应选定相机为线扫描速率大约为28kHz 的2K 相机。

二、线阵镜头的选型

常见的线阵相机分辨率目前有0.5k、1K、2K、4K、6K、8K、12K、16K 等几种，像素大小有5um、7um、10um、14um 等几种，这样芯片的大小从 7..168mm (512x14um) 到 81.920mm (16Kx5um)不等。很显然，C 接口远远不能满足要求，因为Ｃ接口最大只能接 22 mm 的芯片，也就是1.3英寸。所以很多相机的接口为 F型，不同的镜头接口对应不同的后背焦(Flange distance)，也就决定了镜头的工作距离不一样。

光学放大倍率(β,Magnification)

确定了相机分辨率和像素大小，就可以计算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以视野范围(FOV)就等于光学放大倍率。β=CCD/FOV

接口(Mount)：

主要有 C、CS、F、M42x1 、T2、M72x0.75等几种，确定了之后，就可知道对应接口的长度。

后背焦(Flange Distance)

后背焦指相机接口平面到芯片的距离，是一个非常重要的参数，由相机厂家根据自己的光路设计确定。不同厂家的相机，哪怕是接口一样，也可能有不同的后背焦。

有了光学放大倍率、接口、后背焦，就能计算出工作距离和节圈长度。选好这些之后，还有一个重要的环节，就是看 MTF 值是否足够好？很多机器视觉工程师不了解 MTF,而对高端镜头来说就必须用 MTF 来衡量光学品质。MTF 涵盖了对比度、分辨率、空间频率、色差等相当丰富的信息，并且非常详细地表达了镜头中心和边缘各处的光学质量。关于 MTF 表格，请自行了解，这里不再赘述。

镜头不仅只是工作距离、视野范围满足要求，边缘的对比度不够好，也要重新考虑是否选择更高分辨率的镜头。

三、关于光源、镜头的调试

线扫描系统，对光源和相机来说，有效的工作区域都是一个窄条。也就是保证光源照在这个最亮的窄条与相机芯片要完全平行，否则只能拍到相交叉的一个亮点。所以机械安装、调试是比较费工夫的。同时由于检测物体宽度往往比较宽，对于线光源有两个特别的要求，就是均匀性和直线性。因为线光源不同位置的亮暗差异，会直接影响图像的亮度高低，这一点 LED 比卤素灯更好控制。出光部分的直线性，取决于 LED 发光角度的一致性、聚光透镜的直线性以及线光源外壳的直线性。

由于现场环境比较复杂，客户总是希望花多一些时间去现场调试。如我们前面讲到的相机、光源、被测物体的相对角度测试、分析，许多因素会直接影响到检测效果。所以我们建议先做实验室测试，有了方案之后，再去现场调试，这样会最有把握，也能提高调试效率。毕竟服务也是需要成本的。

编辑：黄飞