Библиотека · Как рассчитать
Как рассчитать выдержку для движущейся детали и решить, нужна ли импульсная подсветка
Коротко
Разделите допустимый смаз в пикселях на скорость в мм/с, умноженную на число пикселей на миллиметр детали: получится предельное время в секундах. При постоянном свете это предел выдержки, и камера должна уметь выставить такую выдержку. Если почти весь свет даёт короткий синхронный импульс, предел относится к импульсу, а не к выдержке. Тогда импульс должен целиком прийтись на время, когда экспонируются все нужные строки сенсора, а посторонний свет — не оставлять шлейфа. Годится ли изображение, покажут только снимки зоны кода на реальной скорости и при реальном свете.
Сначала пиксели на миллиметр, затем допустимый смаз
Смаз — на сколько пикселей сдвигается изображение детали, пока формируется кадр. Поэтому сначала найдите число пикселей на миллиметр детали. Это разрешение камеры, делённое на поле зрения, то есть на размер участка, который видит камера. Оба числа берите вдоль направления движения. Шаг пикселя сенсора сюда не подставляйте: он описывает сенсор, а не деталь. Вывод формулы — на справочной странице калькулятора камеры и объектива.
Наш калькулятор по умолчанию допускает смаз 1 пикс. для обнаружения дефектов и контроля наличия и 0,5 пикс. для измерений. Это наши настройки, а не стандарт, хотя у Basler есть похожее практическое правило в один пиксель. При измерении край находят с точностью до доли пикселя, а смаз может его сдвинуть. Ужесточайте допуск, если сдвиг края исказит результат, а не просто потребует повтора. Вдвое меньший допуск вдвое сокращает предельное время.
Что ограничивать: выдержку или импульс
Выдержка — время, за которое сенсор набирает свет для одного кадра. При постоянном свете изображение смазывается всю выдержку. Если предел меньше минимальной выдержки из паспорта камеры, меняйте геометрию или скорость.
Импульсная подсветка, или строб, — короткая вспышка света, синхронизированная с камерой. Она останавливает движение светом, а не затвором. Деталь при этом движется всю выдержку. Но если почти весь свет приходит во время импульса, в кадре отпечатывается только путь, пройденный за импульс. Поэтому в расчёт смаза подставляйте длительность импульса.
Весь импульс должен уложиться в окно — интервал, когда экспонируются все нужные строки. У Basler оно называется flash window. Посторонний свет должен быть настолько слабым, чтобы не оставить заметного шлейфа.
При глобальном затворе все пиксели экспонируются в один общий интервал, и окно просто совпадает с выдержкой. При скользящем затворе строки экспонируются в разное время. В некоторых моделях есть режим Global Reset: все строки начинают экспонироваться одновременно, но считываться могут по-прежнему по очереди. Для скользящего затвора временные параметры берите из документации на модель.
Что теряете, когда сокращаете время
Чем короче время, тем меньше света. Может понадобиться открыть диафрагму или поднять усиление.
Диафрагма — отверстие объектива, и чем меньше диафрагменное число, тем оно шире. Открытая диафрагма уменьшает глубину резкости — диапазон высот детали, в котором она остаётся достаточно резкой. Ещё она может добавить аберрации, которые снижают резкость, и виньетирование — затемнение углов кадра.
Усиление поднимает сигнал и шум вместе, уже после сенсора. Кадр становится ярче, но не чище.
Импульс собирает свет в короткий интервал, а не растягивает его на весь цикл. Временные параметры импульса у каждого изделия свои. Пришлите нам артикулы осветителя и контроллера. Мы подтвердим по документу производителя длительность импульса, задержку и коэффициент заполнения — долю цикла, занятую световым импульсом.
Как снять код на конвейере при 1200 мм/с
Камера — MV-CA050-12UM: 2448 × 2048 пикселей, пиксель квадратный, 3,45 мкм (из паспорта). Остальное — допущения примера. Детали движутся вдоль ширины кадра со скоростью 1200 мм/с, объект в кадре занимает 160 × 120 мм. Модуль кода — самый узкий штрих или самая мелкая ячейка — равен 0,30 мм. Цель — 5 пикселей на модуль. Допускаем смаз 1 пикс., диафрагма F4, рабочее расстояние 500 мм.
Расчёт отсчитывает рабочее расстояние до детали не от корпуса камеры, а от главной плоскости объектива — опорной оптической плоскости. Как отложить это расстояние на станке, смотрите в документации на объектив.
Числа ниже рассчитаны нашим калькулятором, если не указано иное. При квадратных пикселях этого сенсора кадр шириной 160 мм имеет высоту 133,9 мм, а не 120 мм. Объект высотой 120 мм помещается с запасом. Чтобы с расстояния 500 мм охватить ширину 160 мм, нужно фокусное расстояние 25,1 мм. Калькулятор берёт стандартный объектив 25 мм.
Округление фокусного расстояния вниз расширяет поле и немного снижает число пикселей на миллиметр. Предел времени почти не меняется:
| Результат | Требование: ширина 160 мм | Установлено: объектив 25 мм на 500 мм |
|---|---|---|
| Полное поле | 160 × 133,9 мм | 160,5 × 134,2 мм |
| Пикселей на миллиметр | 15,30 | 15,26 |
| Размер пикселя в пересчёте на деталь | 65,4 мкм | 65,6 мкм |
| Предел времени при смазе 1 пикс. и 1200 мм/с | 54,5 мкс | 54,6 мкс |
С объективом 25 мм модуль 0,30 мм занимает 4,58 пикс. — меньше цели в 5 пикс. Чтобы получить 5 пикс., нужен элемент 0,33 мм.
При постоянном свете выдержка 54,6 мкс попадает в диапазон Standard этой камеры, он приведён ниже. Это подтверждает лишь доступность такой настройки выдержки. С импульсной подсветкой держите импульс не длиннее 54,6 мкс.
Рассчитать для своего случая
Ссылка передаёт поддерживаемые параметры; blurPx, fNumber доступны через API инструментов и не задаются на странице.
Готовая ссылка открывает калькулятор с данными примера, кроме двух: допуска смаза 1 пикс. и диафрагмы F4. Их и свои значения задайте через запрос optics к программному интерфейсу (API) наших инструментов. Запишите, какие допущения вы приняли.
Для выбранной пары камеры и объектива страница показывает числа примера в округлённом виде: 160,5 × 134,2 мм, 15,3 пикс./мм и 55 мкс.
Строка о расчётном смазе 1,00 пикс. при минимальной выдержке 50 мкс отвечает на другой вопрос. Эти 50 мкс взяты не из выбранной пары, а из требования задачи: 0,30 мм на 5 пикс., то есть 16,7 пикс./мм (рассчитано). Сообщение, что пара даёт 4,58 пикс. вместо 5, — тот же недобор, что получился выше. Поэтому страница заканчивается выводом «Готовой пары нет — отправьте задачу инженеру».
Оборудование под этот пример
MV-CA050-12UM — камера примера: КМОП-сенсор с глобальным затвором, формат 2/3″. Выдержка в режиме Standard — от 15 мкс до 10 с, в режиме UltraShort — от 1 до 14 мкс (из паспорта).
MV-CT0MU0060/R — пример камеры со скользящим затвором. Выдержка от 8 мкс до 1 с, среди режимов экспозиции есть Rolling и Global Reset (из паспорта). При импульсном свете сначала уточните, как во времени экспонируются её строки. Для обеих камер проверьте крепление, интерфейс и кабель, а также перекрывает ли круг изображения объектива весь сенсор.
Частые ошибки
- Шаг пикселя сенсора 3,45 мкм (из паспорта) принимают за размер пикселя на детали. Тогда выходит 2,9 мкс вместо 54,6 мкс (рассчитано), примерно в 19 раз меньше, и кадр может стать без нужды тёмным. Считайте пиксели на миллиметр как разрешение, делённое на поле зрения.
- Импульс укорачивают, а посторонний свет оставляют. Поверх резкого изображения появляется слабый смазанный двойник. Закройте сцену от постороннего света или сократите выдержку.
- Импульс подают, не проверив полярность, задержку и положение относительно окна. Часть импульса уходит за окно, и кадр получается тёмным или неравномерно освещённым. Сверьте эти параметры по документации на осветитель и камеру.
Где правило ломается
Расчёт предполагает постоянную скорость. Он не учитывает ускорение, вибрацию, движение вне плоскости объекта и расфокусировку. Не учтены и допуск самого декодера — программы, которая распознаёт код, — и перекос от скользящего затвора. Строки снимаются в разные моменты, и деталь выглядит наклонной. Деталь, которая дрожит на изношенной ленте, может не пройти контроль, даже если расчётный предел соблюдён.
Линейная камера строит изображение по одной строке, как офисный сканер. Нужная частота строк равна скорости, умноженной на число пикселей на миллиметр вдоль движения. Выдержку ограничивают период строки (время на одну строку), коэффициент заполнения — доля периода строки, доступная для экспонирования, — и максимум камеры, если он задан. Действует самое жёсткое из этих ограничений. Режим временной задержки и накопления (TDI) складывает сигнал нескольких строк сенсора и меняет эффективную выдержку. Насколько именно, по числу физических строк не определить.
Следующий шаг
Выберите постоянный или импульсный свет и запишите, какие допуск смаза и диафрагму вы приняли. Снимите зону кода на реальной скорости и при реальном свете. Убедитесь, что элементы кода не сливаются, и поищите пересвеченные участки и шум. Затем измерьте долю успешных чтений во всём рабочем диапазоне линии.
Источники
- MVisionPro engineering calculator and Hikrobot catalog records (datasheet fields); calculations, the tool page and the public API were verified on 2026-09-19
- Short controlled pulses are used to freeze motion: Gardasoft, https://www.gardasoft.com/boost-capability-with-pulsed-lighting/ (checked 2026-09-19)
- Flash pulses must contribute predominantly to the image and ambient light must be minimized: Allied Vision, Bonito Technical Manual, section “Timing of the flash pulses”, https://cdn.alliedvision.com/fileadmin/content/documents/products/cameras/Bonito/techman/Bonito_TechMan.pdf (checked 2026-09-19)
- Flash Window, the interval in which all sensor rows are open for exposure: Basler, https://docs.baslerweb.com/line-source#flash-window (checked 2026-09-19)
- Shorter exposures stop motion but may require aperture or gain; gain raises signal and noise together; one-pixel motion rule: Cognex, https://docs.cognex.com/isvidi_140/web/EN/Help_ISViDi/Content/Topics/Spreadsheet/VisionTools/AcquireImage.htm and Basler, https://docs.baslerweb.com/optimizing-image-quality (checked 2026-09-19)
- Pulse and exposure timing is documented per product and must not be carried across: Cognex, https://docs.cognex.com/is_592/web/EN/ezb/Content/EasyBuilder/Outputs_TriggerLights.htm (checked 2026-09-19)
- Depth of field is the object-side range; depth of focus is the image-side tolerance: Edmund Optics, https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/imaging/depth-of-field-and-depth-of-focus/ (checked 2026-09-19)
Похожие материалы
Как подготовлен материал
Материал подготовлен MVisionPro по указанным источникам и с помощью расчётного ядра MVisionPro. Физический тест указан только там, где он действительно проводился. Как мы готовим материалы.
Статус проверки: Проверено. Обновлено 2026-10-07.