如何根据目标的运动速度计算相机的曝光时间以及其误差


内容

目标的移动距离等于运动速度乘以运动时间 。这里有三个变量,及移动距离、运动速度、运动时间,而这三个变量,在相机与目标之间也是相互对应的。移动距离,即可认为是运动误差,按理来说静止目标的尺寸应该小于运动目标的尺寸。运动速度即目标的运动速度,同城可以是产线的运动速度、振动速度等可能改变目标位置的变量。运动时间,则对应相机的曝光时间。这样,如果已知目标的运动速度,而又已经知道了测量系统的目标精度,那么就可以根据响应的要求,来计算曝光时间,及运动误差


举例

目标的运动速度是1m/s,即1mm/ms=1um/us。即物体1微妙移动1微米。如果系统精度要达到0.01mm,即10um,那么我们能允许的最大曝光时间则为10us,因为10us物体会运动10um,而10um已经达到了误差精度的上限。这种情况只是理想情况,因为如果产品的尺寸精度是10+-0.01mm,而目标产品的实际尺寸范围在9.99~10mm范围之间时,因为运动误差增加了0.01mm,则其尺寸范围变成了10~10.01mm,这时仍然在范围内,也就是我们的判断依然正确。如果产品的实际尺寸在10~10.01之间时,运动误差添加0.01mm时,则其尺寸变成了10.01~10.02mm,这时OK的产品会被检测成NG的产品,这种误判,可能客户还能接受,最多是重新检测或使用其他方法再判断依次,当然不能有过多的物品;而如果差评的尺寸范围在9,98~9.99范围内,因为加了0.01,则范围变成了9.99~10mm,及尺寸范围从NG变成了OK。这种变化是所有客户无法接受的。因为这样会将不良的产品当成良品。


解决误差的办法

因此,在实际系统中,需要将运动引起的误差尽量变小,能静止测量,最理想。如果不能停下来,也需要减小运动误差。一般来讲,我们需要将运动误差减小到目标测量精度的1/10或者更高,只有这样才能保证有足够的良品率。如果运动误差是测量误差的1/10,再使用上面的例子来参考,则要求运动误差只能有0.001mm,即1um,这样目标尺寸范围9.99~10.009的尺寸,都是可以测量的,因为即使加0.001mm,其范围也只是9.991~10.01mm,依然是正确的。而在9.989~9.99mm之间的NG范围,则会因为加了1um而变成了OK,但是我们可以通过限制规格范围的方法,对这类NG变OK的产品有效规避。例如我们将尺寸范围设置为9.991~10.009,这样即使9.989~9.99之间的NG范围加了1um之后,也只有9.99~9.991仍然在NG范围之外,也就避免了误判的可能。而因为其范围比较小,这种误判的产品数量也会相对比较小,良品率会比较高。


总结

这样也就意味着,在实际测量时,如果按照上面的例子,要实现目标的测量精度,因为运动误差已经基本确定为0.001mm,那么就有两种方法来确定,一个是缩小曝光时间,更小的曝光时间,可以有效的减小运动距离。将其降为原来的1/10即可,原来可能需要10us,新的曝光时间则设置为1us,这样可以满足要求。当然1us的实际曝光时间,在目前大部分相机上,都无法实现,能达到10us就已经很不错了,有些相机可能最小曝光时间有四五十微妙。当然这里只是举个例子,大家依次推论即可。另一种方法,则是降低目标的运动速度,原来1m/s,那么降为0.1m/s也可以满足要求,这样曝光时间人人可以是10us,这样运动误差仍然为0.001mm,还是可以满足的。当然还可以适当的进行一些中间的取舍,如果速度降为0.5m/s,而曝光时间降为5us。还可以速度降为0.5m/s,曝光时间仍然是10us,这样运动误差则为5um,这时可以将产品的规格范围设置为9.995~10.005,这样也可以准确的检测正确的产品尺寸。当然这种方法,因为其规格范围降低,则良品率肯定会下降一些。但是如果系统其它条件已经无法满足时,也只能考虑牺牲良品率了。


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作者:hackpig
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