读懂3D传感器产品参数:扫描速率

提到速率,很多人会想到物理学中对其定义,即速率是表示物体运动的快慢,速率是速度的大小或等价于路程的变化率。而3D传感器的扫描速率(scan rate)是衡量单位时间内采集到的轮廓线数,与物理学中的概念不同。3D传感器的扫描速率直接影响获取图像数据所需要的时间。而影响3D传感器扫描速率的因素也比较多,除了传感器本身的性能以外,实际能达到的扫描速率很大程度上受曝光时间、ROI的大小等因素的影响。

1、 什么是3D传感器的扫描速率?

扫描速率又被称为扫描频率或者采样周期,其单位为赫兹(Hz)。3D线激光得到的3D数据的方式不同于结构光或者其他成像原理的3D相机(关于不同3D相机的成像原理可点击参阅《激光三角法测量原理解析》),是需要一行一行获取,然后得到一整副图像,而扫描速率表示测量仪器在1S内可测量的数据行数。下图是SmartRay ECCO 95.200+的参数表,扫描速率范围大概在1kHz~10kHz,所以该款3D传感器最快1S可以采集10,000行数据。在实际应用中,曝光时间、量程范围MR、视野FOV不同于实验室测量时候的值,所以扫描速率需要实际验证,下文也会介绍验证方法。


图1. SmartRayECCO95.200+参数表

2、 影响扫描速率的因素

在实际做项目的时候,为了完成既定的生产目标,对于速度有一定的要求。常见的方式是:缩小视野(FOV),减小曝光时间。缩小视野采集的数据减少,扫描速率会提高。减少曝光时间,也能提高扫描速率,但是曝光时间直接影响取像质量,有时候很难减少。SmartRay还提供了SMARTXPRESS多窗口组合ROI算法。与传统的单ROI模式相比较,可以准确的选择需要的区域,将不需要的区域排除在外,不但能提高扫描速率还能排除一些干扰。下面是SMARTXPRESS 的实际应用案例,使用多窗口组合ROI排除掉不需要区域,速度有了大幅提升。


图2. 单ROI与多ROI扫描速率对比

3、 扫描速率与检测时间

在设置好曝光、ROI等相关参数后,如何查看能达到的扫描速率?又该如何计算是否能够满足设备对检测时间的要求那?在SmartRay的Studio4软件内部,将Data Trigger设置成Free Run模式,然后将Start Trigger的Start Trigger on Sensor Input复选款处于未勾选状态,即不需要外部触发。最后点击Run Once按钮,此时3D传感器开始以最大的频率采集,可以在右上角看到能达到的最大扫描速率(Scan Rate)。

图3. 查看能达到的最大扫描速率

知道最大扫描速率以后,为了保证纵横比例一致,不让图像看起来被压缩或者拉伸,可以计算以最大扫描速率运行的情况下,计算产品相对于3D传感器的最大运动速度。即:产品相对传感器速度=扫描频率×扫描间隔。

例如:使用SmartRay ECCO 95.200+来测量一个产品,频率最大能达到5,000 Hz,而ECCO95.200+的水平方向分辨率为0.102mm,则最大速度为0.102×5000=510(mm/s)。

当然为了提高速度,可以牺牲扫描方向的精度,比如扫描方向我不需要0.102mm的精度,间隔0.204mm也可以,那么在扫描频率不变的情况下,速度可以直接提升2倍。

2022-05-11 15:35:54