激光ccd傳感器：CCD視覺(jué)傳感器在激光焊接中的應(yīng)用

CCD
視覺(jué)傳感器在激光焊接中的應(yīng)用

在工業(yè)環(huán)境中，
機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用日臻成熟，
尤其在危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難
以滿足要求的場(chǎng)合，用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)提高了作業(yè)的準(zhǔn)確性和安全性。
在激光加工領(lǐng)域機(jī)器視覺(jué)技術(shù)與激光加工技術(shù)開(kāi)始融合，
通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的定位和
引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)高精度加工，
降低了對(duì)高成本精密卡具的需求，
提升設(shè)備精度，
降低加
工成本，本文簡(jiǎn)單介紹了
CCD
視覺(jué)傳感器在激光焊接中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)
;CCD
視覺(jué)傳感器
;
激光焊接

機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)就是用工業(yè)相機(jī)代替人眼睛去完成識(shí)別、
測(cè)量、
定位、
判
斷等功能。
視覺(jué)檢測(cè)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，
傳送
給專用的圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，
根據(jù)像素分布和亮度、
顏色等信息，
轉(zhuǎn)
變成數(shù)字化信號(hào)。
CCD
視覺(jué)傳感器使用高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線
轉(zhuǎn)變成電荷，
通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，
數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相
機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤(pán)卡保存，因而可以便捷地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，
并借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理。

激光加工是一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)加工技術(shù)，
利用對(duì)激光器的運(yùn)動(dòng)控制，
實(shí)現(xiàn)
高精度的打標(biāo)、切割、雕刻、焊接等功能。隨著激光加工的工藝升級(jí)，傳統(tǒng)技術(shù)
已經(jīng)不能滿足工業(yè)加工對(duì)高精度高速度的要求，
這使機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)與激光加
工技術(shù)開(kāi)始融合，
通過(guò)視覺(jué)的定位和引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)高精度加工，
降低了對(duì)高成本精密
卡具的需求，提升設(shè)備精度，降低加工成本。

一、
CCD
視覺(jué)傳感器對(duì)于焊縫圖像的采集

CCD
視覺(jué)傳感器是基于仿生學(xué)研制的，在整個(gè)焊縫跟蹤系統(tǒng)中就相當(dāng)于人
的眼睛，所以視覺(jué)傳感器的精度對(duì)整個(gè)焊縫跟蹤系統(tǒng)的精度來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

CCD
視覺(jué)傳感器需要滿足的是在實(shí)際焊接作業(yè)環(huán)境條件下的焊縫自動(dòng)跟蹤
機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)其提出的一系列要求，
例如：
可以對(duì)不同焊縫坡口形狀以及不同焊
縫坡口厚度的焊縫進(jìn)行跟蹤焊接
;
可以適用于持續(xù)的高溫輻射、飛濺煙塵干擾、
強(qiáng)烈的弧光、燃燒的氣體等一些惡劣的焊接環(huán)境
;
可以從激光視覺(jué)傳感器中獲取
到清晰可見(jiàn)的焊縫結(jié)構(gòu)光原始圖像等，這就決定了焊接過(guò)程中焊縫圖像的特殊
性。
在基于視覺(jué)傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)中，
傳感器攝取的焊縫圖像經(jīng)空間采樣和
模數(shù)轉(zhuǎn)換后，
以灰度矩陣的形式存入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器得到數(shù)字圖像，
所獲得的圖像
因?yàn)榇嬖谠S多噪聲和傳輸過(guò)程中的畸變，
無(wú)法直接獲取有用的焊縫位置信息，
所
以必須對(duì)采集的數(shù)字圖像運(yùn)用濾波去噪、
圖像分割、
邊緣檢測(cè)等一系列圖像處理
方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，
從而獲取有用的信息。
基本的圖像處理一般包括圖像預(yù)處
理、圖像分割和圖像識(shí)別等，最終獲取焊縫位置信息。

CCD
傳感器采用雙反射鏡來(lái)獲取焊縫圖像，雙反射鏡式激光視覺(jué)傳感器獲
取焊縫圖像的光路圖如圖：

激光ccd傳感器：一種基于CCD傳感器的激光輔助校準(zhǔn)方法及裝置

摘要：

本發(fā)明涉及一種基于CCD傳感器的激光輔助校準(zhǔn)方法及裝置,方法包括根據(jù)電路板上焊盤(pán)的初步位置,將攝像頭從起始位置移動(dòng)到焊盤(pán)所在的坐標(biāo),控制位于攝像頭一側(cè)的激光頭移動(dòng)到與攝像頭相同的坐標(biāo)位置上,控制激光頭掃描焊盤(pán)孔洞的邊界,并將邊界的坐標(biāo)信息上傳到計(jì)算模塊;根據(jù)采集到的多個(gè)邊界坐標(biāo)信息擬合,估算孔洞的中心位置;對(duì)比中心位置和攝像頭的初步位置,計(jì)算出偏差數(shù)據(jù),根據(jù)偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn);本發(fā)明基于CCD傳感器,利用攝像頭對(duì)準(zhǔn)初次計(jì)算的焊盤(pán)孔洞坐標(biāo),然后通過(guò)激光頭獲取孔洞的邊界坐標(biāo),然后擬合獲得孔洞的中心坐標(biāo),然后根據(jù)偏差值進(jìn)行校準(zhǔn),可以有效的提升設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確度和精度.

展開(kāi)

激光ccd傳感器：如何使CCD激光傳感器變得更快？

CMOS結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上，CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，而CCD是以行為單位的電流信號(hào)，前者更為敏感，速度也更快，更為省電。現(xiàn)在高級(jí)的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的 CMOS 一般分辨率低而成像較差。
目前的情況是，許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用廉價(jià)的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、高級(jí)型及專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用不同檔次的CCD，個(gè)別專業(yè)型或準(zhǔn)專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用高級(jí)的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來(lái)發(fā)展的X3芯片實(shí)際也是一種CMOS芯片。CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論，但一般而言，普及型的數(shù)碼相機(jī)中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。由兩種感光器件的工作原理可以看出，CCD(電荷藕合器件圖像傳感器：Charge Coupled Device)，它的優(yōu)勢(shì)在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價(jià)格非常高昂。 在相同分辨率下，CMOS(互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體：Complementary metal-Oxide Semiconductor)價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)別以及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝像頭使用CCD感應(yīng)器，廠商一定會(huì)不遺余
力地以其作為賣點(diǎn)大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機(jī)”之名。一時(shí)間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。
CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電，不像由二極管組成的CCD，CMOS
電路幾乎沒(méi)有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時(shí)才有電量的消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數(shù)碼相機(jī)是"電老虎"的不良印象。CMOS主要問(wèn)題是在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而過(guò)熱。暗電流抑制得好就問(wèn)題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點(diǎn)。
此外，CMOS與CCD的圖像數(shù)據(jù)掃描方法有很大的差別。例如，如果分辨率為300萬(wàn)像素，那么CCD傳感器可連續(xù)掃描300萬(wàn)個(gè)電荷，掃描的方法非常簡(jiǎn)單，就好像把水桶從一個(gè)人傳給另一個(gè)人，并且只有在最后一個(gè)數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號(hào)放大。CMOS傳感器的每個(gè)像素都有一個(gè)將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的放大器。因此，CMOS傳感器可以在每個(gè)像素基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)放大，采用這種方法可節(jié)省任何無(wú)效的傳輸操作，所以只需少量能量消耗就可以進(jìn)行快速數(shù)據(jù)掃描，同時(shí)噪音也有所降低。這就是佳能的像素內(nèi)電荷完全轉(zhuǎn)送技術(shù)。

激光ccd傳感器：激光應(yīng)用系統(tǒng)中的CCD和CMOS圖像傳感器.pdf

北京科天健圖像技術(shù)有限公司
公司與作者
公司
Photonfocus AG, Lachen Schweiz
Photonfocus 股份公司是一家研發(fā)、銷售 CMOS 攝像頭和
攝像頭模塊的企業(yè)。 這些用于圖像處理系統(tǒng)的核心部件均基
于 Photonfocus 公司的 LinLog? CMOS 圖像傳感器技術(shù)。
Photonfocus 公司利用 LinLog?  技術(shù)以及寬帶讀出電路結(jié)
構(gòu)，研制出讀出速度極快、具有高動(dòng)態(tài)范圍且特性曲線可設(shè)置
的傳感器。這些產(chǎn)品可應(yīng)用于工業(yè)圖像處理、安全技術(shù)以及
汽車技術(shù)領(lǐng)域。
詳細(xì)介紹請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：
作者
Peter Mario Schwider
Peter M. Schwider 是攝像頭技術(shù)、光學(xué)與光譜學(xué)領(lǐng)域的專
家， 具有長(zhǎng)年研發(fā)工業(yè)、醫(yī)療用 CCD 攝像頭以及圖像處理系
統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn)， 自從 1998 年以來(lái)，一直在 CSEM 負(fù)責(zé)
CMOS 圖像傳感器的調(diào)試以及 CMOS 圖像傳感器測(cè)試環(huán)境的
研發(fā)工作。繼完成 CMOS 攝像頭的研發(fā)工作之后，于 2001
年 4 月創(chuàng)建 Photonfocus 股份公司。他的身份是技術(shù)總監(jiān)
（CTO），負(fù)責(zé) CMOS 圖像傳感器以及攝像頭的研發(fā)工作。
Dr. Peter Mario Schwider
Photonfocus AG
Bahnhofplatz 10
CH-8853 Lachen SZ
Tel.: 0041 55 451 0004
E-Mail: schwider@
北京科天健圖像技術(shù)有限公司 RockeTech Technologies Ltd.         Tel : +86-10
Addr:北京海淀區(qū)上地信息路26 號(hào)中關(guān)村創(chuàng)業(yè)大廈706 室 Zip:
Website:     Email：yjj@
  北京科天健圖像技術(shù)有限公司
激光應(yīng)用系統(tǒng)中的 CCD 和 CMOS 圖像傳感器
以往夸大其詞的對(duì)比方式將這兩種傳感器技術(shù)描繪成了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。且對(duì) CCD 和 CMOS 圖像傳感器進(jìn)行對(duì)比
時(shí)所采用的是極其粗糙、簡(jiǎn)化的假設(shè)，因此常常會(huì)導(dǎo)致誤判。 這兩種技術(shù)其實(shí)均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 決定偵測(cè)
器數(shù)量的只有用途，同時(shí)始終必須進(jìn)行折衷考慮，因?yàn)椴⒉淮嬖诮^對(duì)理想的圖像傳感器。 選擇某種傳感器的
關(guān)鍵因素并非是對(duì)圖像的主觀印象，而是在于：用這種傳感器能夠解決測(cè)量任務(wù)或者質(zhì)量控制領(lǐng)域所提出的問(wèn)
題嗎？ 圖像處理算法或者測(cè)量原理的精度與穩(wěn)定性才是決定可以對(duì)哪些進(jìn)行折衷考慮的因素。
CCD 圖像傳感器（Charge-Coupled Devices，電荷耦合器件）是廉價(jià)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器研發(fā)過(guò)程中的延伸產(chǎn)
物。 早在 1974 年， Fairchild Electronic 公司就已生產(chǎn)出首批小尺寸的 CCD 圖像傳感器， 并且自 1975
年以來(lái)，就已應(yīng)用于電視攝像機(jī)之中。
這種傳感器的原理是：利用光電二極管偵測(cè)光子，電荷包被轉(zhuǎn)移到移位鏈末端 （模擬傳感器輸出端）上的傳感
器讀出放大器，以此來(lái)讀出圖像信息。在讀出放大器中將電荷轉(zhuǎn)變成可作為視頻信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行處理的電
壓。
CMOS 圖像傳感器（Complementary metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）的制造方
法與使用標(biāo)準(zhǔn) CMOS 工藝所制成的大多數(shù)電子娛樂(lè)設(shè)備的芯片一樣。首批無(wú)源像素傳感器（PPS）在 80 年
代研制成功。 1993 年已有人在文獻(xiàn)中首次提到了有源像素傳感器 （APS ），一直到 1998 年才推向市場(chǎng)。
根據(jù) APS 原理制成的 CMOS 圖像傳感器由一種像素矩陣構(gòu)成，其中含有用來(lái)實(shí)現(xiàn)快門功能、以及對(duì)像素進(jìn)
行選擇以便讀出像素信息的光電二極管和晶體管。除了像素矩陣和讀出電路結(jié)構(gòu)之外，還可以將攝像功能直
接集成在傳感器上，因此可以利用 CMOS 工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)單芯片解決方案。
如果所涉及的是測(cè)量技術(shù)與質(zhì)量控制方面的應(yīng)用，那么對(duì)這兩種傳感器技術(shù)進(jìn)行對(duì)比時(shí)，就必須以同等的傳感
器功能（攝像功能）為出發(fā)點(diǎn)來(lái)考慮問(wèn)題。 已知的 CCD 傳感器有三種讀出電路結(jié)構(gòu) 全幀傳感器（Full-
frame-Sensor）沒(méi)有快門，因此在讀出傳感器信號(hào)的過(guò)程中，會(huì)由于再次曝光造成圖像信息失真。 在配有
全幀傳感器的攝像頭中，由機(jī)械式快門或者電光快門執(zhí)行快門功能。幀轉(zhuǎn)移傳感器則在開(kāi)始讀出時(shí)將圖像信
息逐行移入遮蔽區(qū)之中，然后再將其讀出。在這一轉(zhuǎn)移過(guò)程中，也會(huì)因?yàn)樵俅纹毓庠斐蓤D像信息失真。行間
轉(zhuǎn)移傳感器在