text.skipToContent text.skipToNavigation

Machine Vision Kameraların Teknolojisi

Machine Vision kameraları, özellikle otomatik kalite kontrol uygulamalarında önemli bir rol oynar. Machine Vision kontrol üniteleri ve 2D görüntü işleme yazılımı ile birlikte yüksek çözünürlüklü görüntü verileri analiz edilir ve üretim süreçlerindeki hatalar ve düzensizlikler tespit edilir.

Machine Vision kamera nedir?

Endüstriyel kamera olarak da adlandırılan bir Machine Vision kamera, bir 2D görüntü işleme sisteminin önemli bileşenidir. Ana işlevi, daha sonra bir donanım ve yazılım kombinasyonuyla işlenen görüntüleri kaydetmektir. Elde edilen bilgiler çeşitli uygulamalar için hazırlanır.

Bir üretim sistemindeki görüntü işleme uygulamasına tipik bir örnek kalite kontrolü, varlık kontrolü ve bütünlük kontrolüdür. Burada bir üretim bandında üretilen bir parçanın belli bir özelliği analiz edilir. Bu şekilde parçanın kalite kriterlerine uygun olup olmadığı ya da gerektirse ıskartaya ayrılmasının gerekip gerekmediği kontrol edilebilir.

Kamera, görüntü işleme sisteminin ayrılmaz bir parçasıdır.

2D görüntü işleme sistemlerinin kamera varyantları

Satır kameraları

Satır kameraları özellikle sürekli kontrol proseslerinde kullanılır. Özellikle objelerin konveyör bantlarında hareket ettiği veya sonsuz malzemenin işlendiği uygulamalar için uygundur. Yüzey kameralarının aksine, satır kameraları görüntüyü tek seferde değil, satırlar halinde yakalar. Eksiksiz bir görüntü oluşturmak için obje, kayıt sırasında kameranın görüş alanında hareket etmelidir. Yazılım daha sonra her bir satırı birleştirerek genel bir görüntü oluşturur. Bu tür uygulamalarda geleneksel 2D kameralardan çok daha hızlıdırlar ve bu nedenle özellikle yüksek hızlı uygulamalar için uygundurlar.

Özellikle sürekli çalışan proseslerde performansları genellikle 2D kameralarınkinden daha yüksektir. Görüntü kalitesi önemli ölçüde objenin düzgün hareketi, kayıt zamanı, satır çözünürlüğü ve pozlama süresi gibi faktörlere bağlıdır. Tipik uygulama örnekleri; kumaş, kağıt, kumaş ve diğer sürekli ürünlerinde kesintisiz ve hassas görüntü yakalama gerektiren kalite kontrol uygulamalarıdır.

Yüzey kameraları

Satırdan satıra bir görüntü yakalayan satır kamerasının aksine, yüzey kamerası tüm görüntüyü bir seferde yakalayan bir görüntü sensörüyle çalışır. Bu, tek bir çekimle komple iki boyutlu bir görüntü oluşturabileceği anlamına gelir.

Yüzey kameraları, endüstriyel kalite kontrolü, tıbbi görüntüleme, gözetim sistemleri ve yüksek hassasiyet ve hızlı görüntü işleme gerektiren birçok alanda anında ve eksiksiz görüntüleme gerektiren her yerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Kamera ve obje arasında göreceli hareket gerekmediğinden özellikle sabit objeler için uygundurlar.
Avantajı, ayrıntılı ve yüksek çözünürlüklü 2D görüntüleri hassas bir şekilde yakalamaktır. Özellikle çok yüksek görüntü kalitesi gerektiren uygulamalarda yüzey kameraları kullanılır.

Yüzey kameraları arasındaki fark: Machine Vision Kameralar ve Akıllı Kameralar

Machine Vision kameralar

  • Görüntü değerlendirmesi ya Machine Vision kontrol ünitesi ve görüntü işleme yazılımı üzerinden ya da üçüncü taraf bir yazılım yardımıyla bağımsız bir çözüm olarak gerçekleştirilir

  • Birden fazla kamera tek bir Machine Vision kontrol ünitesine bağlanabilir

  • Machine Vision kontrol ünitesinin yüksek işleme gücü sayesinde daha hızlı proses süreleri

  • Çok yüksek çözünürlüklü denetim görevleri için uygundur

  • Kompakt kamera tasarımı



 

Smart Camera’lar

  • Görüntü kaydı ve değerlendirmesi doğrudan Smart Camera'da görüntü işleme yazılımı üzerinden gerçekleştirilir

  • Sonuçlar Profinet, TCP vb. gibi entegre iletişim arayüzleri üzerinden verilir.

  • İsteğe bağlı olarak entegre aydınlatma tekniği

  • İlave kontrol ünitesi gerekmez


Kamera seçimi görüntü çipinde başlar

Görüntü çipi nedir?

Görüntü çipi (ayrıca: görüntü sensörü), ışığa duyarlı olan elektronik bir yapı parçasıdır. Gelen ışık (fotonlar) fotoelektrik etki ile elektrik yüküne dönüştürülür. Endüstriyel ortamda, daha az veri trafiğine neden oldukları için öncelikli olarak monokrom sensörler kullanılır. Bunlar çoğunlukla Complementary Metal-Oxide Semiconductor, kısaca CMOS sensörleridir.

Monokrom mu, yoksa renkli kamera mı? Neyi, ne zaman kullanmalıyım?

Gerçek görüntü

Monokrom kamerayla görüntü kaydı

Monokrom bir kamera, gri değerleri ayırt edebilir.

Renkli kamerayla görüntü kaydı

Bir renkli kamera, objelerin renk değerlerini ayırt edebilir. 

Global veya Rolling Shutter'lı CMOS sensörlerin çalışma prensibi

CMOS görüntü sensörlerinde, bir görüntünün nasıl kaydedileceğini ve okunacağını kontrol eden iki pozlama yöntemi vardır. Bu yöntemler pozlama süresini ve dolayısıyla kamera sensöründe elektronlara dönüştürülen değer olarak verilen ışık miktarını belirler. Global Shutter ve Rolling Shutter arasındaki fark:

Global Shutter

Tüm görüntü yüzeyi eşzamanlı pozlanır 
Statik ve dinamik uygulamalar için
Hareketli objelerde görüntü bozulması olmaz

Rolling Shutter

Satırlar zamansal olarak kaydırılarak aydınlatılır
Durağan uygılamalar için
Hızlı obje hareketlerinde görüntü bozulmaları (Rolling Shutter efekti)
Sabit görüntülerin alınması 

Rolling Shutter Efekti

Rolling Shutter'da pozlama süresi sensörün tüm pikselleri için aynıdır, ancak her bir satırın pozlanması birbiri ardına, zamansal gecikmeyle gerçekleşir. Rolling Shutter efekti, bir obje pozlama ve okuma sürelerinden daha hızlı hareket ettiğinde ortaya çıkar, dolayısıyla pozlama nedeniyle görüntü bozulur.

Sol: Global Shutter, Sağ: Rolling Shutter

Endüstriyel görüntü işlemede monokrom ve renkli kameralar arasında ayrım yapılır. Monokrom kameralar gri tonları algılar ve bunu yaparken görüntüdeki parlaklık farklarına yoğunlaşır. Bu sayede, yüzeylerin denetimi ya da objelerin ölçülmesi gibi, ince kontrast ve ayrıntı gerektiren uygulamalar için özellikle uygundurlar.

Renkli bir kamera, objeleri birbirinden ve arka plandan ayırt edebilir. Piksellerdeki kırmızı, yeşil ve mavi filtreler sayesinde 16,7 milyona kadar renk spektrumu yakalanabilir. Bu sayede, monokrom kameralarla ayırt edilemeyen farklı renkteki objeler algılanabilir.

Diğer sensör özellikleri

Görüntü sensörleri veya görüntü çipleri sensör boyutu, çözünürlük, piksel boyutu, kare hızı, ışık hassasiyeti ve dinamik aralık gibi birçok özellikte farklılık gösterir. Çözünürlüğe bağlı olarak endüstriyel görüntü işlemede farklı boyutlarda sensörler kullanılır. Daha büyük modeller genellikle daha yüksek performans sunar, ancak sınırlı alana sahip kompakt kamera sistemleri için daha az uygundur.

Daha küçük görüntü çiplerinin dezavantajlarını en aza indiren daha iyi üretim prosesleri nedeniyle, piyasada daha küçük sensör boyutlarına yönelme eğilimi görülmektedir. Sensör boyutu azaldıkça, her bir piksel için yer de azalır. Bir piksel ne kadar büyükse o kadar fazla ışık alabilir ve bu da uygulamanın ek ışık ihtiyacını buna göre azaltır.

Bu nedenle, özellikle hızlı dinamik prosesler gibi kısa pozlama sürelerine sahip endüstriyel uygulamalarda, güvenilir bir görüntü kalitesi için piksel sayısı ve piksel boyutu arasında dengeli bir oran belirleyicidir.

Görüntü işlemede genellikle kısa pozlama süreleri şart koşulduğundan, örneğin hızlı dinamik uygulamalarda, burada özellikle piksel sayısı ve boyutu arasındaki dengeye dikkat edilmelidir.  

Çözünürlük

Bir sensörün çözünürlüğü piksel sayısını belirtir: Aynı sensör boyutunda çözünürlük ne kadar yüksekse, piksel boyutu o kadar küçük ve algılanabilen ayrıntılar o kadar ince olur. Piksel boyutu değişebildiğinden, sensörler aynı boyutlarda farklı çözünürlüklere sahip olabilir. 

Kare hızı

Kare hızı, bir kameranın saniyede yakaladığı tam görüntü sayısını belirtir. Daha yüksek kare hızı, hızlı işleme uygulamalarında daha fazla görüntü çekilmesini sağlar.

Pozlama süresi

Pozlama süresi, CMOS sensöre ne kadar ışık düştüğünü belirler ve böylece kaydedilen görüntünün parlaklığını etkiler. Uzun pozlama süresi daha parlak görüntülere yol açar, ancak aynı zamanda hareket netliğinde bozulmaya ve görüntü karlanmasının artmasına neden olabilir. Kısa pozlama süresi hızlı uygulamalara olanak sağlar ve buna bağlı hareket netliğinde bozulmayı azaltır. 

Her uygulama için doğru çözünürlük

ÇözünürlükHassasiyetÖrnekler
1,6 MPAşırı yüksek çözünürlük gerektirmeyen uygulamalarOptik işaret algılama, montaj kontrolü, varlık kontrolü
5 MPOrta seviye ayrıntı hassasiyeti gerektiren uygulamalarAmbalaj denetimleri
12 MPYüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarİnce mekanik parçaların denetimi
24 MPÇok yüksek bir çözünürlük ve ayrıntı kesinliği gerektiren uygulamalarHatalı yapı parçaları üzerindeki PCB'lerin kontrolü

2D görüntü işleme sistemlerinin ana bileşenleri

Uygun objektif için seçim yardımı

İlgili uygulama ve kamera seçimi için uygun objektifi Vision Calculator ile belirleyin: 

Machine Vision kameraların arayüzü

Endüstriyel kameralar için bir ethernet arayüzü, görüntü verilerinin bir ağ üzerinden aktarılmasını sağlar. Bu arayüz endüstriyel görüntü işlemede, kameraları Machine Vision kontrol ünitelerine ya da başka cihazlara bağlamak için sıkça kullanılır.

Gigabit Ethernet (GigE)

Gigabit Ethernet (GigE), saniyede 1 Gigabit'e (1 Gbit/s) kadar veri aktarım hızına olanak sağlayan bir ethernet teknolojisidir. Gigabit Ethernet'in endüstriyel kameralarla ilişkili başlıca özellikleri şunlardır:
 
  • Büyük görsel veri miktarlarının hızlı aktarımı

  • Protokol standardı sayesinde kolay entegrasyon

  • Birden fazla kamera bir ağda çalıştırılabilir


Ayrıca Machine Vision kamerayı PoE (Power over Ethernet) aracılığıyla bir kabloyla bağlama olanağı vardır, böylece hem elektrik beslemesi, hem de veri aktarımı tek bir bağlantı üzerinden gerçekleşir.


Machine Vision kameraların kullanım olanakları

Pozisyon kontrolü

Robotik konumlandırma

Parça ölçümü

Kalite kontrol

Varlık kontrolü

İşlem takibi

Kod okuma

Sektörler arası uygulamalar için güvenilir çözüm

Otomotiv endüstrisi

  • Otomobil iç kapılarının kalite kontrolü

  • Motor bloklarının kalite kontrolü

  • Otomatik vidalama için konum algılama

Elektrik endüstrisi

  • PCB konum kontrolü

  • Yapı parçalarının hizalanmasının kontrolü

  • Fiş konektörü ve kablo denetimi

Paketleme endüstrisi

  • Ambalajlarda hasar, kirlilik ya da eksik etiket kontrolü

  • Ambalajlarda etiket kontrolü

  • PET şişelerde son kullanma tarihi kontrolü

Gıda endüstrisi

  • İçecek kutularının hizalanması 

  • Ambalajlarda etiket kontrolü

  • Bağlı kapakların denetimi

Machine Vision kameraların montajında buna dikkat edilmesi gerekir

Güvenilir bir görüntü kaydını garanti etmek için endüstriyel kameranın kalibrasyonunda aşağıdaki açıklamalar dikkate alınmalıdır.
Obje düzlemi kameraya paralel hizalanmıştır.
Obje düzlemi kameraya paralel hizalanmamıştır. Burada örneğin bulanıklık gibi hatalar oluşabilir. 
Kameranın optimal hizalanmasının yanında aydınlatmanın konumlandırılması da önemli bir rol oynar. İncelenecek objenin biçimi, mümkün olan en yüksek kontrastı oluşturmak için ışığın kameraya ulaşma şekli açısından belirleyicidir. Örneğin açı ve bunun sonucunda oluşan yansımalar dikkate alınması önemlidir. 
Ürün karşılaştırması