Camera công nghiệp (Industrial Camera) là gì?

Những năm gần đây, Camera công nghiệp đang dần trở nên phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất, hỗ trợ, thay thế nhân công trong việc xử lý, phát hiện sản phẩm lỗi một cách nhanh chóng. Cùng MC&TT tìm hiểu các ứng dụng của camera trong sản xuất và các loại camera phát hiện lỗi phổ biến trong bài viết này.

Camera công nghiệp (Industrial Camera) là gì?

Camera công nghiệp hay Industrial Camera là một loại camera đặc biệt được sản xuất để làm việc trong các điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất và rung sốc). Chúng được sử dụng để theo dõi các sản phẩm trên băng tải, phát hiện các lỗi siêu nhỏ, … Camera công nghiệp được ứng dụng trong các nhà máy, xí nghiệp, dây chuyền sản xuất dùng để giám sát hoạt động. Ví dụ giám sát các giai đoạn sản xuất tự động với mục đích phân loại và đo lường sản phẩm, kiểm tra sản phẩm tự động, điều hướng robot, quét mã vạch,… mà không cần tiếp xúc.

Đặc điểm của Camera công nghiệp

So với các Camera thương mại thông thường, Camera công nghiệp các điểm nổi trội sau:

• Độ bền cao

Industrial camera có vỏ ngoài chắc chắn để bảo vệ các cơ cấu bên trong khỏi độ ẩm, bụi, khí độc hại và các yếu tố môi trường khác. Các nhà sản xuất camera công nghiệp sử dụng các vật liệu bền nhất để sản xuất (kim loại, đôi khi là nhựa gia cố).

Do được thiết kế gia cố, thiết bị như vậy giải quyết các vấn đề trong điều kiện không tiêu chuẩn hoặc thậm chí khắc nghiệt. Các thiết bị có mức độ bảo vệ cao hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ -40 đến + 70 ° C và thậm chí cao hơn. Đôi khi camera công nghiệp chính xác được sử dụng để kiểm tra kiểm soát nhiệt độ. Chúng cũng có khả năng chống lại các cú sốc và rung động cơ học. Đó là lý do tại sao camera công nghiệp có vòng đời lâu dài. Những webcam và máy ảnh như vậy có thể hoạt động lâu hơn hàng chục chiếc thông thường cộng lại.

• Sự chính xác

Máy ảnh có độ phân giải cao nhất là máy ảnh công nghiệp. Trung bình, các thiết bị tốt nhất có thể chụp ảnh với độ phân giải lên đến 150 triệu pixel (150 MegaPixels). Tuy nhiên, bạn có thể tìm thấy thiết bị có thông số cao hơn nữa, ví dụ như VN-25MX với độ phân giải siêu cao 225MP hoặc VN-200MX với 427MP. Họ có thể xử lý hình ảnh với các định dạng khó tưởng tượng nhất như 15804×12008 hoặc 23760×18012.

Máy ảnh công nghiệp thường thực hiện các hoạt động kiểm tra chất lượng. Những nhiệm vụ như vậy đòi hỏi độ chính xác cao của kết quả. Do đó, thiết bị này có độ phân giải cao và xử lý hình ảnh chất lượng cao.

• Mục đích sử dụng

Nhiệm vụ của camera công nghiệp khác biệt đáng kể so với những công việc của những camera khác. Do đó, thiết kế của chúng cũng khác nhau. Các thiết bị như vậy sử dụng các biện pháp gia tăng để lắp ống kính, nhiều bộ lọc bổ sung, tích hợp với các giao diện công nghiệp, cũng như phần mềm đặc biệt. Các kiểu máy này không bao gồm các bộ phận thông thường như đèn flash, kính ngắm hoặc nút chụp. Chúng được tích hợp vào mạng bằng các giao diện công nghiệp.

Quản lý hoạt động thường được thực hiện bằng cách sử dụng PC và phần mềm đặc biệt. Hệ thống điều khiển truyền tín hiệu thông qua cáp được kết nối, đưa ra các lệnh cho các hành động.

Camera không dây công nghiệp có thể nhận tín hiệu không dây, ví dụ qua Wi-Fi. Máy ảnh hồng ngoại, cũng như máy ảnh nhiệt, được sử dụng để làm việc trong các điều kiện rất khắc nghiệt (ví dụ, gia công kim loại).

Như bạn có thể thấy từ các đặc điểm tính năng ở trên, camera công nghiệp là thiết bị rất phức tạp với nhiều bộ phận bổ sung và tăng cường sức mạnh. Do đó, giá của nó cũng cao hơn đáng kể.

Phân loại camera công nghiệp

• Area Scan Camera

Area Scan Camera còn được gọi là máy ảnh ma trận, được gọi như vậy vì cảm biến của chúng bao phủ một khu vực bao gồm ma trận điểm ảnh và tạo ra hình ảnh của khu vực đó. Tốc độ thu hình cao cùng chất lượng hình ảnh rõ ràng, sắc nét cung cấp cho hệ thống xử lý ảnh công nghiệp.

Area Scan Camera hỗ trợ nhiều cổng kết nối đến máy tính như USB3 Vision, GigE Vision, Camera Link.

Với tính năng Rolling Shutter hoặc Global Shutter, Area Scan Camera cho tốc độ thu hình cao, thích hợp chụp quét các sản phẩm tĩnh và sản phẩm đang di chuyển với tốc độ cao trên băng tải.

Area Scan Camera thích hợp cho xử lý ảnh công nghiệp trong các nhà máy sản xuất như kiểm tra sản phẩm tự động, điều hướng robot, …

• Line Scan Camera

Với khả năng xử lý hình ảnh nhanh, chất lượng hình ảnh cao, đọc dữ liệu hình ảnh theo line. Line Scan Camera đáp ứng mọi yêu cầu của người dùng nhờ tốc độ quét hình ảnh, chất lượng hình ảnh sắc nét.

Với Line Scan Camera người dùng được lựa chọn cấu hình với các độ phân giải và lén khác nhau. Độ phân giải camera có thể lên đến 8K. Camera có giao diện kết nối với máy tính dễ dàng thông qua Camera Link và GigE Vision.

• 3D Cameras

Trong vài năm gần đây, chúng ta đã thấy sự gia tăng đáng kể trong việc phát triển các ứng dụng dựa trên xử lý hình ảnh và các công nghệ thị giác nhân tạo khác, đặc biệt chú trọng vào việc thu thập thông tin ba chiều. Các công nghệ khác nhau đã được áp dụng, cũng như các thiết bị chụp và xử lý hình ảnh mới, đã cho phép các ứng dụng 3D từ hiếm hoi trở thành kỹ thuật phổ biến trong công nghiệp.

• Camera nhiệt

Camera nhiệt hoạt động bằng cách phát hiện các nhiệt độ khác nhau bằng cách sử dụng bức xạ hồng ngoại thay vì quang phổ nhìn thấy được. Chúng không chỉ hữu ích để phát hiện người xâm nhập mà còn được sử dụng để phát hiện rò rỉ, ví dụ, không khí hoặc chất lỏng. Chúng có thể hoạt động ở các bước sóng từ 0,9 đến 2,5 μm, từ 3 đến 5 μm và từ 7 đến 12 μm.

• SWIR Cameras

Các camera giám sát này nổi bật nhờ hiệu suất cao, cho phép chúng cung cấp khả năng nhận dạng khuôn mặt, phát hiện động vật hoặc thu được hình ảnh ngay cả trong mưa hoặc sương mù nhờ phổ hồng ngoại sóng ngắn của chúng.

• Drone hoặc UAV

UAV (máy bay không người lái) hoặc máy bay không người lái cung cấp tầm nhìn từ trên không có giá trị cao đối với một số loại cơ sở công nghiệp. Tùy thuộc vào kích thước của máy bay không người lái, chúng được trang bị camera với các kích cỡ khác nhau, mặc dù ngay cả những camera nhỏ nhẹ cũng có thể cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao.

Cách chọn camera cho ứng dụng công nghiệp

Có một số tiêu chí lựa chọn mà các nhà phát triển thị giác hoặc người dùng cần lưu ý khi chọn camera cho hệ thống thị giác của mình.

• Yêu cầu về Field of View (FOV) và độ phân giải

Trường nhìn (FOV) và kích thước chi tiết cần được phân giải trong ảnh sẽ xác định kích thước cảm biến và số lượng pixel cần thiết. Một phép tính đơn giản về số lượng pixel cần thiết để giải quyết một khiếm khuyết có kích thước đã biết sẽ cung cấp số pixel tối thiểu trên mỗi mm nhân với kích thước dài nhất của FOV sẽ cung cấp độ phân giải cần thiết. Kích thước cảm biến phụ thuộc vào FOV và quang học.

• Chất lượng ảnh

Trái ngược với nhận thức thông thường, chất lượng hình ảnh vượt xa độ phân giải. Người dùng Vision phải cân nhắc lợi thế của camera dựa trên CCD so với CMOS và, đặc biệt trong trường hợp các ứng dụng định lượng cao cấp, các thông số kỹ thuật như readout noise, dark noise, SNR và độ nhạy sáng phải đóng một vai trò quan trọng trong quá trình lựa chọn.

• Tốc độ khung hình

Tốc độ khung hình kết hợp với độ phân giải và số byte trên mỗi pixel xác định lượng dữ liệu cần được truyền và xử lý. Ví dụ: một máy ảnh có độ phân giải 1280 x 1024 (SXGA) ở tốc độ 30 khung hình/giây (fps) và 8bits (hoặc 1 Byte) trên mỗi pixel sẽ yêu cầu băng thông dữ liệu xấp xỉ 50 MByte / giây. Đây là mức thấp hơn giới hạn bus PCI (~ 100MB / giây) và nằm trong khả năng của giao diện 1394.b hoặc Gigabit Ethernet. Khi dữ liệu vượt quá 100MB/ giây sẽ yêu cầu hệ thống lấy khung hình dựa trên giao diện Camera Link® và PC có PCI Express®.

• Giao diện kết nối

Ngoài các yêu cầu về tốc độ khung hình và băng thông, độ tin cậy của truyền dữ liệu là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn loại giao diện camera phù hợp với hệ thống của mình. Có nhiều tùy chọn giao diện bao gồm GigE, USB 3.1, 3.0, 2.0 hay Camera Link, FireWire, CoaXPress…

• Hỗ trợ và Trình điều khiển phần mềm

Người dùng Vision nên tìm kiếm sản xuất cấp cung cấp Driver đáng tin cậy, bộ công cụ phát triển phần mềm (SDK) thân thiện với người dùng và hỗ trợ kỹ thuật tốt. Thành phần phần mềm của hệ thống tầm nhìn ngày càng trở thành yếu tố quan trọng nhất trong việc xác định số lượng tài nguyên và thời gian sẽ cần được đầu tư. Đơn giản hóa nỗ lực này là một xu hướng rõ ràng trong ngành thị giác máy ngày nay.

Ứng dụng của camera công nghiệp

Việc ứng dụng camera vào sản xuất công nghiệp được áp dụng rất phổ biến trong các nhà máy sản xuất. Được dùng để xử lý hình ảnh công nghiệp, giao tiếp công nghiệp như:

• Nhận diện, kiểm tra sản phẩm

Các sản phẩm sau khi được lắp ráp hoặc gia công sẽ được camera nhận diện, kiểm tra ngoại dạng sản phẩm trước khi chuyển đến các công đoạn sản xuất tiếp theo. Nhờ đó, không để lọt các sản phẩm lỗi đến tay khách hàng.

Việc kiếm tra lỗi sản phẩm thông thường được thực hiện thủ công bởi các nhân công bằng mắt thường. Việc làm này thường tốn nhiều thời gian và công sức, độ chính xác lại không cao.

Ứng dụng camera công nghiệp giúp phát hiện sản phẩm lỗi nhanh chóng, chính xác, thay thế con người trong việc phát hiện lỗi sản phẩm.

• Kiểm tra kí tự quang học

Ngoài ra, camera còn hỗ trợ kiểm tra các kí tự quang học trên bao bì sản phẩm như ngày tháng, mã sản phẩm, … Dựa trên các mẫu phông chữ có sẵn hoặc lấy mẫu trực tiếp, việc xác minh chất lượng in, các mã quang học trở nên dễ dàng, đơn giản.

Thời gian xử lý hình ảnh nhanh, đáp ứng nhu cầu sản xuất với năng suất lớn, có thể đạt đến 90.000/giờ.

• Trong y học

Ngành công nghiệp y tế yêu cầu mô hình nhỏ gọn. Ví dụ, camera siêu nhỏ có khả năng truyền hình ảnh với độ mở rộng cao, đồng thời có kích thước thu nhỏ. Ngày nay thiết bị này hoạt động trong hầu hết các ngành của y học, từ nha khoa đến phòng thí nghiệm (nội soi, ống soi, kính hiển vi, v.v.).

• Tự động hóa, robotics và thị giác máy

Camera công nghiệp được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp và Robot. Thiết bị cho hệ thống điều khiển nói chung cần có độ phân giải cao. Nó phải truyền dữ liệu nhanh chóng đến các hệ thống điều khiển.

Các ứng dụng sản xuất yêu cầu tầm nhìn máy móc. Thị giác máy là ứng dụng của thị giác máy tính trong sản xuất. Nó cho phép các hệ thống điều khiển nhìn thấy một bức tranh trực tiếp về những gì đang xảy ra trong thực tế.

• Điều khiển giao thông

Nếu gần đây bạn nhận được ảnh vi phạm giao thông của mình, thì hãy biết rằng bạn đang bị camera công nghiệp bắt được. Để kiểm soát giao thông, cố định các đối tượng di chuyển nhanh, các camera tốc độ cao đặc biệt được sử dụng. Chúng có khả năng hoạt động với tần số từ 1.000 đến 1.000.000 khung hình / giây.

Thiết bị ngoài trời phải có vỏ bọc chống bụi và chống thấm nước. Mục đích điều khiển giao thông đòi hỏi công việc liên tục và vòng đời lâu dài. Điều này áp dụng cho cả các thành phần bên ngoài và bên trong của cụm lắp ráp.