دوربین صنعتی : راهنمای انتخاب + کاربردها

مقدمه: تعریف و هدف دوربین صنعتی

دوربین صنعتی نوع خاصی از دوربین است که برای کار در شرایط نامساعد (دمای بالا، فشار و لرزش) طراحی‌شده است. از آن‌ها برای کنترل چرخه تولید، ره‌گیری قطعات بر روی تسمه‌نقاله، آشکارسازی قطعات بسیار کوچک و … استفاده می‌شود. بنابراین در حالت کلی محدوده عملکرد آن‌ها بی‌نهایت است.
ویژگی‌های اصلی این تجهیز در کنار ویژگی‌های معمول عبارت‌اند از:

• اطمینان‌پذیری
• دقت
• نحوه عملکرد

دوربین‌های صنعتی (بینایی ماشین) نقش اصلی در تعریف پایداری و اطمینان‌پذیری سیستم بینایی (ویژن) را بازی می‌کند. اتفاقی نیست که انتخاب دوربین صنعتی اولین گزینه طراحی سیستم است و برابر با کارایی مجموعه است. ZDS تولیدکننده دوربین‌های باکیفیت است که به طور کامل با اپتیک و نورپردازی‌های تحت همین برند سازگار است؛ لذا اجزا بینایی ماشین به طور عالی در کنار یکدیگر کار می‌کنند. ZDS با دارابودن قریب به دو دهه تجربه در حوزه دوربین، می‌تواند مشتریان را در طراحی سیستم ویژن ارزان، مطمئن و سریع یاری می‌کند.

دوربین‌های صنعتی Area scan به‌صورت گسترده مورداستفاده قرار گرفته‌اند. این به‌خاطر تطبیق‌پذیری و راحتی در استفاده است که آنها را برای کاربردهای مختلف ایده‌آل می‌سازد. ZDS محدوده وسیعی از دوربین‌های صنعتی USB3، Gigabit Ethernet و Fiber Optic برای پاسخگویی نیازهای مختلف را ارائه می‌کند. این تجهیزات شامل مدل‌های فریم‌ریت بالا مناسب برای کاربردهای سرعت بالا تا رزولوشن بالا است. در سبد محصول ما، شما دوربین‌های صنعتی عالی برای پاسخگویی به‌تمامی نیازهای خود را پیدا می‌کنید.

دوربین‌های Line Scan برای بازرسی مواد عنکبوتی مانند چاپ یا بررسی کیفیت بسته‌بندی یا اشیا طولانی و یا بزرگ مانند شافت موتور یا ویفر سیلیکون‌ها نیاز به تصویربرداری دارند؛ مورداستفاده قرار می‌گیرند. ZDS دوربین‌های Line Scan مجهز به اینترفیس فیبر نوری یا گیگابیت ایترنت برای دستیابی به سرعت بیشینه و اطمینان حداکثری است.

بیایید با مدنظر قرار دادن تفاوت‌های دوربین صنعتی و دوربین معمولی نگاهی به جزییات داشته باشیم.

دوربین صنعتی و تفاوت کلیدی آن با دوربین مداربسته (CCTV)

دوربین صنعتی (Industrial Camera) و دوربین مداربسته (CCTV) از نظر ظاهر ممکن است در برخی مدل‌ها شبیه به نظر برسند، اما از نظر هدف طراحی، ساختار فنی، کیفیت خروجی، نوع پردازش تصویر و کاربرد کاملاً متفاوت هستند.

شناخت این تفاوت‌ها برای انتخاب صحیح تجهیزات بینایی ماشین، کنترل کیفیت، اتوماسیون و نظارت تصویری بسیار مهم است.

دوربین صنعتی، نوعی دوربین تخصصی است که برای ثبت تصاویر دقیق، پایدار و قابل تحلیل در فرآیندهای صنعتی طراحی شده است. این دوربین‌ها معمولاً در سیستم‌های Machine Vision، کنترل کیفیت، بازرسی قطعات، اندازه‌گیری ابعادی، رباتیک و خطوط تولید استفاده می‌شوند.

ویژگی اصلی دوربین صنعتی، دقت بالا، سرعت پردازش مناسب، تکرارپذیری و قابلیت هماهنگی با تجهیزات صنعتی است. این دوربین‌ها معمولاً با نرم‌افزارهای پردازش تصویر، کنترل‌کننده‌های صنعتی و سیستم‌های اتوماسیون یکپارچه می‌شوند.

دوربین مداربسته (CCTV) چیست؟

دوربین مداربسته یا CCTV بیشتر برای نظارت تصویری، امنیت، ثبت وقایع و پایش محیط طراحی شده است. هدف اصلی این دوربین‌ها، مشاهده و ضبط تصویر در محیط‌های عمومی، تجاری، اداری یا خانگی است؛ نه تحلیل دقیق صنعتی یا اندازه‌گیری مهندسی.

در CCTV معمولاً اولویت با پوشش محیط، تشخیص حرکت، ذخیره‌سازی طولانی‌مدت و سهولت نصب است، نه دقت متریک، نرخ فریم بالا یا قابلیت‌های تخصصی بینایی ماشین.

تفاوت‌های کلیدی دوربین صنعتی و دوربین مداربسته

1) تفاوت در هدف طراحی

• دوربین صنعتی: برای تحلیل دقیق تصویر، کنترل کیفیت، اندازه‌گیری و اتوماسیون
• دوربین مداربسته: برای نظارت، امنیت و ثبت رویدادها

به بیان ساده، دوربین صنعتی «برای دیدن و تحلیل کردن» ساخته شده، اما CCTV «برای مشاهده و ثبت کردن».

2) تفاوت در کیفیت و ثبات تصویر

دوربین‌های صنعتی معمولاً از سنسورهای دقیق‌تر، لنزهای حرفه‌ای‌تر و تنظیمات پیشرفته‌تر استفاده می‌کنند تا تصویر خروجی در شرایط مختلف، ثابت و قابل اعتماد باشد.

در مقابل، CCTV بیشتر بر ثبت تصویر قابل قبول برای انسان تمرکز دارد، نه استخراج داده‌های دقیق برای پردازش ماشینی.

3) تفاوت در نرخ فریم و سرعت واکنش

در بسیاری از کاربردهای صنعتی، جسم یا قطعه با سرعت بالا حرکت می‌کند؛ بنابراین دوربین باید نرخ فریم بالا، تأخیر کم و زمان شاتر مناسب داشته باشد.

اما در CCTV، معمولاً چنین نیازی وجود ندارد و سرعت بالا اولویت اصلی نیست.

4) تفاوت در پردازش تصویر

دوربین صنعتی اغلب با نرم‌افزارهای بینایی ماشین (Machine Vision) کار می‌کند و می‌تواند در فرآیندهایی مانند:

• تشخیص عیب
• اندازه‌گیری
• شمارش قطعات
• خواندن کد و بارکد
• کنترل حضور/عدم حضور قطعه

به‌کار رود.

در مقابل، CCTV معمولاً برای پردازش‌های سبک‌تر مانند تشخیص حرکت، ضبط و بازپخش تصویر استفاده می‌شود.

5) تفاوت در لنز و اپتیک

لنز در دوربین صنعتی نقش بسیار مهمی دارد، چون کوچک‌ترین خطا در فاصله کانونی، فوکوس یا اعوجاج می‌تواند نتیجه تحلیل را خراب کند.

به همین دلیل، لنزهای صنعتی معمولاً دقت اپتیکی بالاتر و اعوجاج کمتر دارند.

در دوربین مداربسته، لنز بیشتر برای پوشش زاویه دید مناسب و تصویر واضح برای مشاهده انسانی به‌کار می‌رود.

6) تفاوت در شرایط نصب و محیط کار

دوربین صنعتی برای محیط‌های سخت‌تر مانند:

• خطوط تولید
• کارخانه‌ها
• دستگاه‌های اتوماسیون
• محیط‌های دارای لرزش
• شرایط نوری کنترل‌شده یا خاص

طراحی می‌شود.

در حالی که CCTV معمولاً برای محیط‌های نظارتی عمومی یا ساختمانی استفاده می‌شود.

7) تفاوت در یکپارچگی با سیستم‌های صنعتی

دوربین صنعتی معمولاً قابلیت اتصال و هماهنگی با سیستم‌هایی مانند:

• PLC
• HMI
• Industrial PC
• سیستم‌های رباتیک
• سنسورهای نوری

را دارد.

CCTV چنین تمرکز و استانداردی برای ادغام در سیستم‌های کنترل صنعتی ندارد.

اجزای اصلی یک سیستم دوربین صنعتی (Hardware Components)

قبل از انتخاب یک دوربین صنعتی برای خط تولید یا پروژه هوش مصنوعی، باید بدانید که این چشم الکترونیکی از چه قطعاتی تشکیل شده و هر قطعه چه وظیفه‌ای بر عهده دارد. یک دوربین صنعتی فقط یک جعبه فلزی نیست؛ بلکه یک سیستم دقیق متشکل از چهار بخش حیاتی است که در ادامه به زبان ساده توضیح می‌دهیم.

سنسور تصویر (Image Sensor): قلب تپنده بینایی

سنسور، تراشه‌ای است که نور را به سیگنال الکتریکی (و در نهایت تصویر دیجیتال) تبدیل می‌کند. در سال ۲۰۲۶، جنگ تکنولوژی بین CCD و CMOS کاملاً به نفع CMOS پایان یافته است.

• CMOS: مصرف برق کمتر، سرعت خوانش فوق‌العاده بالا و قابلیت پردازش روی تراشه. مناسب برای ۹۹٪ کاربردهای امروزی.

• شاتر گلوبال (Global Shutter): اگر قطعات متحرک روی کانوایر را بازرسی می‌کنید، حتماً باید سنسور شما از نوع Global Shutter باشد تا تصویر بدون کشیدگی ثبت شود (برخلاف Rolling Shutter که باعث تار شدن اجسام متحرک سریع می‌شود).

نکته : سنسورهای جدید Event-Based Vision یا نورومورفیک وارد صنعت شده‌اند. این سنسورها مثل چشم انسان فقط تغییرات صحنه را می‌بینند و برای ثبت اجسام فوق‌سریع بی‌نظیرند.

لنز (Lens): چشم سیستم که دنیا را فوکوس می‌کند

حتی گران‌ترین سنسور هم بدون یک لنز خوب کور است. لنز صنعتی وظیفه جمع‌آوری نور و تشکیل تصویر واضح روی سنسور را دارد. پارامترهای حیاتی در انتخاب لنز:

• دهنه نصب (Mount): اغلب C-Mount یا F-Mount که باید با دوربین سازگار باشد.

• فاصله کانونی (Focal Length): تعیین‌کننده میزان بزرگنمایی و میدان دید.

• کنتراست و عمق میدان: برای خواندن بارکد‌های ریز یا بازرسی سطوح حساس.

اینترفیس ارتباطی (Interface): رگ‌های انتقال داده

این قطعه، پلی است بین دوربین و کامپیوتر یا PLC. سرعت و مسافت انتقال داده در اینجا تعریف می‌شود. استانداردهای برتر در ۲۰۲۶:

• GigE Vision: محبوب‌ترین استاندارد با طول کابل تا ۱۰۰ متر بدون افت کیفیت. امکان استفاده از کابل‌های اترنت ارزان.

• USB3 Vision: سرعت بسیار بالا (تا ۳۵۰ مگابایت در ثانیه) و مناسب برای اتصالات کوتاه در محیط آزمایشگاهی.

• 100GigE Vision (جدید): تکنولوژی نوظهور برای کاربردهای فوق‌سنگین که نیاز به پهنای باند عظیم دارند. آینده انتقال تصاویر با رزولوشن بالا و سرعت فریم بالا.

• CoaXPress: گزینه‌ای عالی برای مسافت‌های بالا و نرخ فریم بسیار زیاد.

برد پردازشگر و نرم‌افزار (Embedded Processing): مغز متفکر

دوربین‌های قدیمی فقط تصویر خام می‌فرستادند، اما دوربین‌های هوشمند (Smart Cameras) در ۲۰۲۶ خودشان پردازشگر داخلی (VPU/FPGA) دارند.

• پردازش لبه (Edge Computing): به‌جای ارسال ویدئو به PC، الگوریتم‌های هوش مصنوعی (مثل تشخیص عیوب ظاهری) مستقیماً داخل خود دوربین اجرا می‌شود.

• نرم‌افزار: کتابخانه‌های پردازش تصویر (مثل Halcon یا OpenCV) و رابط‌های برنامه‌نویسی (API) که به مهندس اجازه می‌دهد دوربین را برای کاربرد خاص خود برنامه‌ریزی کند.

دوربین‌های دیجیتال بی‌مانند

چرا دوربین‌های صنعتی بسیار گران هستند؟ بیایید دلیل این امر را بررسی کنیم و ببینیم که آیا نمونه ارزان از آن‌ها نیز وجود دارد یا خیر.

اطمینان‌پذیری دوربین صنعتی

دوربین صنعتی به‌صورت ویژه‌ای از دوربین‌های عادی به خاطر درجه بالا اطمینان‌پذیری قابل‌تفکیک هستند. این دستگاه‌ها اغلب دارای بدنه محکم هستند که توسط مکانیسم‌های داخلی دوربین را از رطوبت، گردوخاک، گازهای خطرناک و عوامل دیگر محیطی محافظت می‌کنند. تولیدکنندگان دوربین‌های صنعتی از مواد باکیفیت و عمر بالا استفاده می‌کنند.

با توجه به طراحی، چنین تجهیزاتی می‌توانند در مکان‌های غیراستاندارد یا حتی شرایط نامساعد مورد استفاده قرار بگیرند. تجهیزات با این عملکرد محافظتی می‌توانند در محدوده دمایی بین -۴۰ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد و حتی بالاتر مورد استفاده قرار بگیرند. گاهی دوربین‌های صنعتی برای بازرسی کنترل دما مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها همچنین دارای مکانیسم‌های مقاوم در برابر شوک و لرزش هستند.

به‌این‌علت است که دوربین‌های صنعتی دارای چرخه عمر طولانی هستند.

دقت دوربین صنعتی

بالاترین رزولوشن دوربین، متعلق به دوربین‌های صنعتی است. به‌طور میانگین بهترین دوربین‌ها دارای رزولوشن ۱۵۰ مگاپیکسل هستند. بااین‌حال شما می‌توانید به تجهیزاتی با پارامترهای بالا برای مثال VN-25MX  با رزولوشن 225MP یا VN-200MX با رزولوشن ۴۲۷ مگاپیکسل دست پیدا کنید. آن‌ها ممکن است تصاویر را با فرمت‌های تصویری غیرقابل‌باور ۲۳۷۶۰×۱۸۰۱۲ پیکسل پردازش کنند.

دوربین‌های صنعتی گاهی وظیفه کنترل کیفیت را بر عهده‌دارند. چنین وظایفی نتایج دقیق را مطالبه می‌کند. چنین وظایفی در نتیجه به کیفیت و رزولوشن بالای تصویر جهت پردازش تصویر نیازمند هستند.

نحوه عملکرد دوربین صنعتی

وظایف دوربین‌های صنعتی به‌طور محسوسی از وظایف معمول روزانه متفاوت است. بنابراین طراحی آنان نیز به‌طورکلی متفاوت است. چنین تجهیزاتی به‌طور فزاینده‌ای نیاز به مانت لنز استاندارد، فیلترهای گوناگون، یکپارچه‌سازی با رابط‌های صنعتی به‌علاوه نرم‌افزار مخصوص هستند. مدل‌ها شامل تجهیزات عادی مانند فلش، منظره یاب و یا کلید روشن/خاموش نیستند. آن‌ها همچنین با شبکه از طریق رابط‌های صنعتی یکپارچه می‌شوند.

عملیات مدیریتی اغلب توسط رایانه و نرم‌افزار مخصوص صورت می‌پذیرد. سامانه‌های کنترلی سیگنال‌های انتقالی را از طریق کابل‌ها برای ارسال فرمان یا عملیات خاص بر عهده می‌گیرند.

دوربین‌های بیسیم صنعتی می‌توانند سیگنال‌ها را به‌صورت بیسیم دریافت کنند. برای مثال  WiFi، دوربین‌های فروسرخ و همچنین دوربین‌های حرارتی برای کار در شرایط نامساعد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

همان‌طور که از ویژگی‌های بالا مشاهده می‌کنید. دوربین‌های صنعتی تجهیزات پیچیده‌ای هستند که با قطعات اضافی قدرت آن‌ها افزوده می‌شود. بنابراین قیمت آن‌ها نیز به‌طور محسوسی بیشتر است.

هوش مصنوعی و پردازش تصویر پیشرفته در دوربین‌های صنعتی

یکی از اصلی‌ترین تمایزهای دوربین‌های صنعتی نسبت به دوربین‌های مداربسته (CCTV)، قابلیت‌های پردازش تصویر پیشرفته و ادغام با الگوریتم‌های هوش مصنوعی (AI) است. این قابلیت‌ها، دوربین‌های صنعتی را از یک ابزار صرفاً تصویری به یک “چشم هوشمند” برای سیستم‌های اتوماسیون و بینایی ماشین تبدیل می‌کنند.

پردازش تصویر پیشرفته در دوربین‌های صنعتی

دوربین‌های صنعتی مدرن، فراتر از ثبت پیکسل‌های خام، قادر به انجام پردازش‌های پیچیده بر روی تصویر در زمان واقعی (Real-time) هستند. این پردازش‌ها شامل موارد زیر است:

1. تشخیص لبه (Edge Detection): شناسایی مرزها و خطوط در تصویر برای تعریف دقیق شکل اشیاء. این قابلیت برای اندازه‌گیری ابعاد، تشخیص وجود یا عدم وجود قطعات، و همچنین رباتیک (مانند پیدا کردن لبه قطعه برای برداشتن) حیاتی است.
2. تشخیص الگو (Pattern Matching): یافتن و تطبیق الگوهای از پیش تعریف شده در تصویر. این تکنیک در بازرسی قطعات، اطمینان از مونتاژ صحیح، و خواندن علائم و نشانه‌ها بسیار کاربرد دارد.
3. تشخیص عیب (Defect Detection): شناسایی ناهمواری‌ها، خراش‌ها، ترک‌ها، لکه‌ها، یا هرگونه انحراف از استاندارد در سطح قطعات. الگوریتم‌های پیشرفته می‌توانند عیوب بسیار ریز را نیز تشخیص دهند.
4. اندازه‌گیری دقیق (Precise Measurement): محاسبه ابعاد، زوایا، شعاع‌ها، و فواصل با دقت میکرومتری. این امر در کنترل کیفیت ابعادی قطعات بسیار حیاتی است.
5. تشخیص رنگ و کد (Color & Code Reading): شناسایی رنگ قطعات، بررسی صحت رنگ، و خواندن انواع کدها مانند بارکد (Barcode)، QR Code، Data Matrix، و کدهای قابل چاپ (OCR – Optical Character Recognition).
6. تحلیل بافت (Texture Analysis): بررسی کیفیت سطح، شناسایی مواد، و تشخیص ناهمگنی‌ها در بافت سطح.
7. کاهش نویز و بهبود کیفیت تصویر (Noise Reduction & Image Enhancement): حذف نویزهای ناخواسته ناشی از نور کم یا سنسور، و بهبود وضوح و کنتراست تصویر برای تحلیل بهتر.

ادغام با هوش مصنوعی (AI) و یادگیری عمیق (Deep Learning)

پیشرفت‌های اخیر در هوش مصنوعی، به ویژه در حوزه یادگیری عمیق (Deep Learning)، قابلیت‌های دوربین‌های صنعتی را متحول کرده است. دوربین‌های مجهز به این تکنولوژی‌ها می‌توانند:

1. یادگیری از داده‌ها: به جای برنامه‌ریزی صریح برای هر نوع عیب یا الگو، این سیستم‌ها می‌توانند با دیدن هزاران تصویر از قطعات سالم و معیوب، خودشان الگوهای عیوب را تشخیص دهند. این امر در مواجهه با عیوب پیچیده و متغیر بسیار مؤثر است.
2. تشخیص عیوب غیرمنتظره (Anomaly Detection): شناسایی مواردی که با داده‌های آموزشی مطابقت ندارند، حتی اگر قبلاً به عنوان عیب تعریف نشده باشند. این قابلیت برای کشف عیوب جدید و غیرقابل پیش‌بینی بسیار ارزشمند است.
3. طبقه‌بندی پیچیده (Complex Classification): دسته‌بندی خودکار قطعات بر اساس معیارهای مختلف (مانند درجه‌بندی عیوب، دسته‌بندی مدل‌های محصول).
4. پردازش سمانتیک (Semantic Segmentation): تقسیم‌بندی دقیق تصویر به نواحی مختلف (مثلاً جدا کردن خود قطعه از پس‌زمینه، یا مشخص کردن دقیق محل عیب).
5. قابلیت انطباق (Adaptability): سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند با تغییرات جزئی در خط تولید یا مشخصات محصول، خود را تطبیق دهند و نیاز به تنظیمات مکرر را کاهش دهند.

دوربین‌های مداربسته (CCTV) و قابلیت‌های هوشمند

دوربین‌های مداربسته نیز در حال بهره‌گیری از هوش مصنوعی هستند، اما عمدتاً در حوزه‌های مرتبط با نظارت و امنیت:

• تشخیص چهره (Face Recognition)
• تشخیص رفتار (Behavior Analysis): مثلاً تشخیص دویدن، افتادن، تجمع افراد.
• تشخیص ورود/خروج به مناطق ممنوعه (Intrusion Detection)
• شمارش افراد (People Counting)
• تشخیص اشیاء رها شده (Abandoned Object Detection)

این قابلیت‌ها برای اهداف امنیتی بسیار مفیدند، اما تمرکز آن‌ها با قابلیت‌های هوشمند دوربین‌های صنعتی که به تحلیل دقیق و متریک تصویر برای اتوماسیون و کنترل کیفیت می‌پردازند، متفاوت است.

چرا این قابلیت‌ها در دوربین صنعتی حیاتی هستند؟

• افزایش بهره‌وری: اتوماسیون فرآیندهای بازرسی و کنترل کیفیت.
• کاهش خطا: حذف خطای انسانی و تضمین ثبات در بازرسی.
• افزایش دقت: تشخیص عیوب بسیار ریز و جزئی که چشم انسان قادر به دیدن آن‌ها نیست.
• کاهش هزینه‌ها: صرفه‌جویی در نیروی انسانی و کاهش ضایعات.
• تولید داده‌های ارزشمند: جمع‌آوری اطلاعات دقیق از فرآیند تولید برای تحلیل و بهبود مستمر.

چه زمانی از دوربین صنعتی استفاده کنیم؟ کاربردهای اصلی

حوزه استفاده از تجهیزات به‌طور گسترده‌ای وسیع است. دوربین صنعتی می‌تواند در حوزه‌های زیر مورداستفاده قرار بگیرد:

• اتوماسیون صنعتی
• روباتیک
• کنترل ترافیک
• پزشکی
• علوم داده
• تولید
• سیستم‌های امنیتی

چطور دوربین صنعتی مناسب را انتخاب کنیم؟ نوع و طراحی تجهیزات وابسته به زمینه فعالیت و نوع فعالیت است. بیایید نگاهی به دستگاه و همه حوزه‌ها با جزییات برای فهم مکان‌هایی که ویژگی خاصی مورد استفاده است بیندازیم.

روباتیک و اتوماسیون بینایی ماشین

تجهیزات که در اتوماسیون صنعتی و روباتیک به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرارگرفته‌اند. تجهیزاتی برای سیستم‌های کنترل‌اند که به‌صورت عمومی نیازمند رزولوشن بالا هستند. آن‌ها باید داده‌ها را به‌سرعت برای سیستم‌های کنترلی منتقل کنند.

کاربردهای تولید نیازمند بینایی ماشین هستند. بینایی ماشین یکی از کاربردهای بینایی کامپیوتر است که در تولید مورد استفاده قرار می‌گیرد. بینایی ماشین اجازه می‌دهد سیستم‌ها تصاویر زنده از آنچه در واقعیت اتفاق می‌افتد را کنترل کنند.

دوربین صنعتی بینایی ماشین با اینترفیس‌های زیر کار می‌کنند:

• GigE Vision
• USB 3.0
• CameraLink
• CoaXPress
• Сamera Link
• FireWire
• Pixel-Shift

آن‌ها ممکن است عملیات کاربردی بسیاری همانند مانیتورینگ، عیب‌یابی، کنترل و … را انجام دهند.

برای وظایف سریع‌تر و بعضاً پیچیده، دوربین‌های هوشمند نیز هستند. دوربین‌های هوشمند صنعتی برای انجام عملیات الگوریتم‌های پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقاله دوربین هوشمند صنعتی را در این زمینه از دست ندهید!

محصول و تولید

دوربین صنعتی در تسمه‌نقاله می‌تواند با سنسورهای ویژه‌ای جایگزین شود و عملیات صحیح آن‌ها را مانیتور کنند. چنین دستگاه‌هایی باید دارای دقت بالا و انتقال سریع سیگنال باشند. این امر نیاز دارد تا از خطاها و شرایط بحرانی جلوگیری کند. به‌منظور کار در چنین محدوده‌ای، تجهیزاتی با تصویربرداری مداوم، اسکن سه‌بعدی نیازمند‌است.

دوربین‌های خطی (لاین اسکن) بر روی تسمه‌نقاله‌ها برای تصویربرداری از مواد در حال حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها همچنین اسکن خط به خط بر روی سطوح اجسام را میسر می‌سازند. این گزینه‌ها برای چاپ یا صنعت نور به‌طور ویژه‌ای مورد نیاز هستند. چنین تجهیزاتی دارای سنسورهای CMOS داخلی‌اند. برای آشنایی بیشتر با این دوربین‌ها به مقاله دوربین اسکن خطی مراجعه کنید.

برای کار در کاربردهای خاص و سطح بالا با مشاهده‌پذیری پایین، دوربین‌های فروسرخ SWIR و حرارتی چند طیفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دوربین صنعتی قابل‌برنامه‌ریزی FPGA دارای پردازش تصویر داخلی هستند که اجازه پردازش آنلاین را به‌صورت به لحظه به شما می‌دهند.

علوم داده و پزشکی

با توسعه فناوری نانو و توسعه سریع پزشکی، دوربین‌ها اغلب در این محدوده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این حوزه با اشیا میکروسکوپی یا ذراتی که افراد توسط چشمشان نمی‌توانند مشاهده کنند تعامل دارند. تجهیزات از ماتریس‌های خاصی از نوع sCMOS, CCD و EMCCD استفاده می‌کنند. مزیت اصلی این ماتریس‌ها اثر کوانتومی بالا ، نویز پایین و عمق وسیع چاه ظرفیت است. چنین دوربین‌هایی می‌توانند در شرایط نوری بسیار ضعیف کار کنند و سیگنال‌های ضعیف را تشخیص دهند. بعضی از مدل‌ها حتی قادرند نسبت به یک فوتون عکس‌العمل نشان دهند.

دوربین‌های چند طیفی و ابر طیفی برای کار با کانال‌های مخصوص مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها قادرند تا چند صد کانال خاص در هر فریم را دریافت کنند.

صنعت پزشکی نیازمند مدل‌های کوچک است. برای مثال: دوربین‌های میکروسکوپی دارای ظرفیت انتقال  تصاویر بالا هستند و این در حالی است که از اندازه مینیاتوری بهره می‌برند. امروز این تجهیزات به‌صورت گسترده‌ای در تمامی شاخه‌های پزشکی از دندان‌پزشکی تا آزمایشگاه‌ها کار می‌کنند.

دوربین‌های مخصوص در کرایوژنیکس توسعه داده‌شده‌اند. آن‌ها دارای محافظت یکتا در برابر دماهای بسیار پایین هستند.

کنترل ترافیک

اگر شما اخیراً تصویری از دوربین‌های ترافیکی دریافت کرده‌اید. بدانید که تصویر شما توسط دوربین‌های صنعتی شکار شده است. به‌منظور کنترل ترافیک –تصویربرداری از اجسام سریع- از دوربین‌های سریع استفاده‌شده است. بعضی از این دوربین‌ها قادرند ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰۰ فریم در ثانیه تصویربرداری کنند.

تجهیز خارجی دارای استاندارد ضد گردوغبار و آب هستند. کنترل ترافیک نیازمند کار پیوسته و چرخه طولانی است. این امر شامل مونتاژ تجهیزات داخلی و خارجی است.

سیستم‌های امنیتی و زندگی روزانه

دوربین‌ها در قرن ۲۱ به‌صورت ویژه‌ای برابر با امنیت هستند. نصب دوربین صنعتی امنیتی نیازمند انعطاف و محفظه کوچک است. سیستم‌های امنیتی از دوربین‌های صنعتی به‌منظور نصب در هر مکانی بهره می‌گیرند.

نیاز اصلی برای چنین تجهیزاتی اندازه کوچک و انعطاف است. دوربین‌های امنیتی خارجی صنعتی باید در برابر تأثیرات محیطی محافظت شوند. مدل‌ها با بینایی در شب به‌صورت گسترده‌ای موردنیاز هستند.

راهنمای انتخاب دوربین صنعتی مناسب

انتخاب دوربین صنعتی مناسب، تصمیمی حیاتی برای موفقیت پروژه‌های بینایی ماشین، کنترل کیفیت، و اتوماسیون صنعتی است. با توجه به تنوع بسیار زیاد دوربین‌ها و مشخصات فنی آن‌ها، این راهنما به شما کمک می‌کند تا گام به گام، بهترین گزینه را برای نیازهای خود پیدا کنید.

گام اول: تعریف دقیق نیاز و هدف پروژه

پیش از هر چیز، باید مشخص کنید که دقیقاً چه کاری می‌خواهید با دوربین صنعتی انجام دهید. سوالات کلیدی که باید پاسخ دهید عبارتند از:

1. هدف اصلی چیست؟ (مثلاً: تشخیص عیب، اندازه‌گیری ابعاد، خواندن بارکد، شمارش قطعات، راهنمایی ربات، بررسی حضور/عدم حضور قطعه)
2. چه نوع تصویری باید گرفته شود؟ (مثلاً: تصویر ۲ بعدی، تصویر ۳ بعدی، تصویر رنگی، تصویر سیاه و سفید، تصویر مادون قرمز)
3. چه جزئیاتی باید در تصویر دیده شود؟ (این به تعیین دقت مورد نیاز کمک می‌کند)
4. چه محیطی دوربین در آن نصب خواهد شد؟ (مانند: کارخانه، خط تولید، فضای بیرونی، شرایط آب و هوایی خاص، دمای بالا/پایین، لرزش)

گام دوم: تعیین مشخصات فنی کلیدی

بر اساس نیازهای پروژه، پارامترهای فنی زیر را مشخص کنید:

1. رزولوشن (Resolution):

• اهمیت: رزولوشن بالاتر به معنای جزئیات بیشتر در تصویر است.
• نحوه انتخاب: باید بر اساس کوچکترین جزئی که نیاز به دیدن آن دارید (Minimum Feature Size) و اندازه میدان دید (Field of View – FOV) محاسبه شود. فرمول تقریبی: رزولوشن (پیکسل) = FOV / حداقل جزئیات قابل تشخیص.
• نکته: رزولوشن بالا همیشه بهتر نیست؛ پردازش تصاویر با رزولوشن بالا به قدرت پردازشی بیشتری نیاز دارد و ممکن است سرعت را کاهش دهد.

2. اندازه سنسور (Sensor Size):

• اهمیت: اندازه سنسور بر اندازه فیزیکی دوربین، حساسیت به نور، و عمق میدان تأثیر می‌گذارد. سنسورهای بزرگتر معمولاً نور بیشتری جذب می‌کنند و در نور کم عملکرد بهتری دارند.
• استانداردها: Common industrial sensor sizes include 1/3″, 1/2″, 2/3″, 1″, and larger formats.

3. نرخ فریم (Frame Rate):

• اهمیت: تعداد تصاویری که دوربین در یک ثانیه می‌تواند ثبت کند.
• نحوه انتخاب: اگر قطعات با سرعت بالا در حال حرکت هستند (مانند خطوط تولید سریع)، به نرخ فریم بالاتری نیاز دارید. نرخ فریم باید به اندازه‌ای باشد که کل فرآیند (مثلاً عبور یک قطعه از مقابل دوربین) به طور کامل ثبت شود.

4. نوع سنسور (Sensor Type):

• CMOS: رایج‌تر، کم‌مصرف‌تر، سرعت بالاتر، عملکرد خوب در نور کم.
• CCD: کیفیت تصویر عالی، نویز کمتر در نور کم (در گذشته)، اما کم‌مصرف‌تر و گران‌تر. امروزه CMOSها بسیار پیشرفت کرده‌اند و جایگزین اصلی CCD شده‌اند.

5. رنگ یا سیاه و سفید (Color vs. Monochrome):

• سیاه و سفید (Monochrome): معمولاً جزئیات بیشتری را در نور کم ثبت می‌کند و سرعت بالاتری دارد. اگر رنگ قطعه مهم نیست، گزینه بهتری است.
• رنگی (Color): برای کاربردهایی که رنگ اهمیت دارد (مثلاً تشخیص رنگ قطعه، بازرسی برچسب، کنترل کیفیت رنگ).

6. نوع رابط (Interface Type):

• GigE Vision: استاندارد صنعتی، سرعت بالا (Gigabit Ethernet)، قابلیت کابل‌کشی طولانی، قیمت مناسب.
• USB3 Vision: سرعت بسیار بالا، نصب آسان، مناسب برای فواصل کوتاه.
• CoaXPress: سرعت فوق‌العاده بالا، ایده‌آل برای رزولوشن‌های بسیار بالا و نرخ فریم‌های هیولایی.
• Camera Link: استاندارد قدیمی‌تر اما همچنان قدرتمند، سرعت بالا.

7. قابلیت‌های هوشمند (Smart Features):

• آیا نیاز به پردازش تصویر داخلی، الگوریتم‌های AI، یا یادگیری عمیق دارید؟ (به بخش قبلی مراجعه کنید)

گام سوم: انتخاب لنز مناسب

لنز یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم بینایی ماشین است و باید با دقت انتخاب شود:

1. فاصله کانونی (Focal Length):

• اهمیت: زاویه دید (FOV) و بزرگنمایی را تعیین می‌کند.
• فاصله کانونی کم (Wide-angle): زاویه دید وسیع‌تر، FOV بزرگتر، اما ممکن است اعوجاج بیشتری داشته باشد.
• فاصله کانونی زیاد (Telephoto): زاویه دید محدودتر، بزرگنمایی بیشتر، مناسب برای دیدن جزئیات از فاصله دور.

2. اندازه سنسور سازگار (Sensor Size Compatibility):

• لنز باید بتواند تصویر را بر روی کل سنسور دوربین پخش کند.

3. کیفیت اپتیکی (Optical Quality):

• اعوجاج (Distortion): خطی بودن یا نبودن خطوط مستقیم در تصویر. برای اندازه‌گیری دقیق، لنز با اعوجاج کم (Low Distortion) ضروری است.
• وضوح (Resolution/MTF): توانایی لنز در نمایش جزئیات ریز.
• بازتاب داخلی (Internal Reflections): اجتناب از ایجاد هاله یا شبح در تصویر.

4. نوع فوکوس (Focus Type):

• ثابت (Fixed Focus): مناسب برای فواصل مشخص.
• دستی قابل تنظیم (Manual Focus): برای تنظیم دقیق در یک فاصله ثابت.
• موتورایز (Motorized Focus): قابلیت تنظیم فوکوس از طریق نرم‌افزار، ایده‌آل برای تغییر فاصله‌ها.

5. دیافراگم (Aperture / f-stop):

• اهمیت: میزان نور ورودی به سنسور را کنترل می‌کند. دیافراگم بازتر (عدد f کوچکتر) نور بیشتری وارد می‌کند و عمق میدان را کاهش می‌دهد. دیافراگم بسته‌تر (عدد f بزرگتر) نور کمتری وارد می‌کند و عمق میدان را افزایش می‌دهد.
• دیافراگم قابل تنظیم (Variable Aperture): برای کنترل بهتر نور و عمق میدان.

گام چهارم: ملاحظات محیطی و فیزیکی

1. مقاومت در برابر شرایط سخت (Harsh Environment Resistance):

• درجه حفاظت (IP Rating): مقاومت در برابر گرد و غبار (IP6x) و رطوبت/آب (IPx5, IPx7, IPx8).
• مقاومت در برابر لرزش و ضربه (Vibration & Shock Resistance): برای نصب روی ماشین‌آلات.
• محدوده دمایی کارکرد (Operating Temperature Range): اطمینان از عملکرد دوربین در دمای محیط.

2. اندازه و وزن (Size & Weight):

• محدودیت‌های فضایی در محل نصب.

3. نوع اتصال (Mount Type):

• استاندارد C-mount یا CS-mount برای اتصال لنز.

گام پنجم: نرم‌افزار و پشتیبانی

1. SDK و API: آیا دوربین دارای کیت توسعه نرم‌افزار (SDK) قوی و مستندات کامل است؟
2. سازگاری با نرم‌افزارهای بینایی ماشین: آیا با نرم‌افزارهای استاندارد مانند Halcon، LabVIEW، OpenCV و… سازگار است؟
3. پشتیبانی فنی و گارانتی: خدمات پس از فروش و پشتیبانی فنی شرکت سازنده.

دوربین صنعتی ارزان قیمت

اگر به دوربین صنعتی ارزان‌قیمت نیاز دارید، تجهیزات فریم باز راهکارهای عالی هستند. آن‌ها می‌توانند بر روی سیستم موجود شما بدون تحمیل هزینه اضافی برای اقدامات محافظتی بیشتر نصب گردند. این تجهیزات ممکن است نیازمند بینایی کامپیوتر بر اساس عملکرد سنسورهای CMOS و CCD خود باشند.

عیب اصلی این راهکارها البته محافظت آن‌ها است. این محصولات را در فضای خطرناک و خارجی نصب نکنید. هرچند شما از این محصولات در محیط‌های بالا نیز با  بدنه (Housing) مناسب می‌توانید استفاده کنید.

نکته آخر: بیشتر دوربین‌های مورد استفاده در صنعت از نوع آخر هستند که در صورت نیاز با محفظه خاص برای شرایط خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند و یا در حوزه ترافیک، دوربین صنعتی با ۴۰ فریم بر ثانیه نیز نیازهای اساسی را برطرف می‌سازد. همچنین در صنعت در بیشتر موارد از رزولوشن ۲ تا ۵ مگاپیکسل استفاده می‌شود؛ چراکه رزولوشن بالاتر به معنای تحمیل حجم محاسبات بیشتر است و این مورد می‌تواند نتایج منفی به همراه داشته باشد.

نتیجه: دوربین صنعتی امروزه همه‌جا دارای کاربرد هستند. و این کاربرد محدود به صنعت  نیست بلکه شامل زندگی روزمره ما نیز می‌شود.