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CCD簡介 CCD很多方面的知識是與攝影相同而且CCD本身是以圖像來處理尺寸量測 因此如何取得良好的圖片是決定CCD的成敗的關鍵CCD測量一個重要的觀念 CCD不會直接量測出尺寸 只能量測出要測量部份在CCD上的pinex數 因此要有一個校正基準表測量其他是以此基準來得出尺寸 CCD的精度取決兩個量測面積 長 寬 與CCD晶片 長寬 及pinex數 CCD分成主機 鏡頭 包含光圈 光源等部份 在使用CCD時如何決定取CCD 鏡頭光源目前較常用的有30M 200M 500MCCD以Cognex30M為640 480解析度 200M為1600 1200解析度 500M為2448 2048解析度在量測的區域為30mm 20mm30M30 640 0 047mm pinex 20 480 0 042mm pinex取0 047mm pinex為此規格的解析200M30 1600 0 0188mm pinex 20 1200 0 0167mm pinex取0 0188mm pinex為此規格的解析500M30 2448 0 0123mm pinex 20 2048 0 0098mm pinex取0 0123mm pinex為此規格的解析 經計算可以得到CCD的解析能力如果解析上無法達到量測的精度要考慮採用分段量測 測量尺寸如分區域量測應儘可能以被量測物移動為原則 如需移動CCD則需防止CCD振動如CCD的鏡頭與CCD有一定距離 鏡頭應考慮加強強度防止振動 CCD市場常用品牌NI 數據採集卡 系統一般是以LABVIEW為作業軟體因其採用ADC 12位模數轉換器 信號在整個數據採集系統中會受到參考量隨時間 溫度的飄移誤差 隨機誤差 非線性誤差 增益誤差等影響 這些影響綜合之後對測量結果所產生的影響就是測量精度一般此方式測量精度為分辦率的三倍方能確保 另外的問題點是自主的開發及維護性問題 需要的人員要求較高 一種模式是套裝CCD如omron keyence cognex此類均有其專用軟體搭載 較容易有自主性 但單價較高三者的使用介面都類似下圖 但cognex有另一介面如下圖 類似excel表格方式 有更多的功能可供使用 工程師使用學習均較便利 但價格較貴 KEYENCE OMRON兩者價格上以KEYENCE較低 原因應是後者是代理制 前者是直接公司銷售另KEYENCE於2010年8月25日有來訪了解他們的問題點 並介紹新的CCD套裝軟體 後續提供測試軟體新軟體的特點是類似用VC VB撰寫軟體的邏輯方式 提供更多的程式供使用 給工程師更多的空間 但暫未測試及未報價無法分析 CCD一般鏡頭選擇需要注意的是影像變形鏡片是凸透鏡因此鏡片的品質要求是很重要的一環光源是影響CCD影像另一個重要因素 CCD一般為黑白的判定 以0 255 0為全黑 255為全白 稱為灰階判定影像的基準即是量測區域內相鄰兩點的灰階值差異來判定 而差異值在多少以上為邊界即為 參數 的設定此參數的設定是否為合理 則與光源強弱及穩定性 環境光源相關係 也是為何CCD攝像時常會有隔離外部光源的原因 CCD量測時需注意量測尺寸的重複性任何尺寸量測均存在量測誤差故需要確認量測誤差是否在合理範圍內如何確認 一般需以靜態重複量測及動態重複量測兩個方式來確認是否在合理誤差 靜態重複量測是指被量測不動CCD重複檢測動態重複量測是指同一物體重複定位CCD重複檢測一般動態誤差比靜態誤差大 但應不能超過2倍誤差誤差的形成均與光源及灰階參數設定相關 CCDSize 各長 寬 此inch與彼inch 1英吋CCDSize 長12 8mmX寬9 6mm 對角線為16mm 焦距 FocalLength 的計算單位為毫米mm 其大小不僅關係著鏡頭望遠能力 也代表視野的角度的大小 FocalLength指鏡頭得是鏡片光學中心點到底片或數位相機CCD表面之距離 見下圖紅色f 傳統攝影中為了讓使用者能更簡單的區分鏡頭的功能 將標準鏡頭之50mm焦距設分界線 焦距比標準鏡頭長稱為望遠鏡頭 相對地焦距比標準鏡頭短者稱為廣角鏡頭 Simplelensmodel 鏡頭計算 Magnificationfactorm imagesize objectsizev u imagesize objectsize CCDSizeX FOVX WorkDistance Lens FOVX 一般使用是以CCD的及架設與待量測物之間的距離來計算鏡頭規格 CCDSize以往較常用規格 假設CCDSize 1 3 Workdistance 85FOVX 8求Lens 4 8 8 85 514 74 8 85 50 軟體CCDSize 如何計算CCD機構架設的相關尺寸位置一般選用f 50mm的鏡頭 CCD 2M則CCDSize 1 1 8 Workdistance uFOVX 33Lens取用f 50mm7 2 33 u 50U 229mmV u 7 2 33v接近50mm實際上FOVx 30mm 工作距離為230mm 物距為55mm 真實的使用是在設計時 只有要測量物的尺寸 以及量測的規格可以由上述選擇CCD的規格 而鏡頭為減少影像變形 一般選用50mm鏡頭 但CCD架設雖有m v u 可是工作距離 一般是由CCD架設調整後才確認 但以三角關係 如上圖中是實際的尺寸 可以利用已有的角度3 5度計算物距u與v 可計算出CCD架設的位置 CCD即是受光影響成像及尺寸 故量測基準距離需重複驗證尺寸的變化要在1pinex以下 另外光源如何可以穩定 可以建立三個不同灰階的基準校正點 用來對光源進行校正 CCD要測量的面積是需要考量機構的誤差值也就是說 如果要測量寬為30mm 則CCD實際範圍要大於此值 如機構誤差是0 1mm 測量範圍應在30 4mm如此方能減少測量問題 另外一點所有量湔應建立基準點以合乎實際生產時的變化 鏡頭的時候可注意到靠近鏡頭底部即為光圈控制環 此環可以調整鏡頭上之 f 光圈值放大或縮小 一般f值的標示如 f1 4 f2 f2 8 f4 f5 6 f8 f11 f16 f22 f32等等 且不管鏡頭大或小 長或短 這些標示是固定不變 這是因為光圈的公式為F 焦距 D 光圈開口的直徑 換言之 一顆50mm的鏡頭 在光圈f8之下 其光圈直徑開口應為50mm 8 6 25mm 這樣的作法 光圈值就不會因為鏡頭焦距 鏡片大小的變化 而有不同的解釋 可藉由此公式代入圓面積公式 R 將光圈值比為等比級數 每一格光圈的進光量即成倍數衰減 例如 f2 f2 8的進光量比是1 1 2 光圈值反比入光量 由於光圈標示值位於公式的分母 光圈值與入光量就成了反比 這一點常常會讓初學者搞混 誤以為光圈值越大所代表的入光量也越大 實際上正好相法