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检测设备 | 高速相机介绍及简单应用案例

发表时间:2020-04-27 21:38
设备介绍



  • 基恩士高速相机VW-9000集成了LCD显示器、PC控制主机、照明光源、高速摄像头和安装支架,可以实现现场拍摄系统的快速搭建。

  • VW-9000支持640*480像素VGA模式的4000fps高速拍摄;相应地降低拍摄像素,最高则可以实现230000fps帧率的拍摄速度。

  • VW-9000可以直接对拍摄到的视频录像进行分析,结合动态图表可以快速得到运动特征,特征跟踪则可以抓取到物体运动曲线。

  • VW-9000可以接入外部信号进行同步分析,或者接入外部触发拍摄下外部故障发生瞬间的高速视频。

  • VW-9000通过镜头和支架附件的配置,可以配置实现数码显微镜的功能。

硬件配置



基恩士高速相机以VW-9000主机为核心,配套不同的软件、控制台、高速相机、镜头和支架可以实现不同应用场景的拍摄测量功能。

例如相机模块可供选择的型号有:

  1. 高速照相机装置 VW-600C

  2. 标准照相机装置 VW-300C

  3. 高速黑白照相机装置 VW-600M

  4. 标准黑白照相机装置 VW-300M

变焦镜头可供选择的型号有:

  1. VW-Z1A 6x 光学变焦 最大视野范围2840mm

  2. VW-Z2 4x 光学变焦 最大视野范围284mm

  3. VW-Z5 6x 光学变焦 最大视野范围3950mm

  4. 以及一系列的显微镜头

同样,支架可供选择的型号有:

  1. VW-S200 自由角度支架

  2. 和两款显微观察用支架:VHX-S50 自由角度观测系统、 VH-S5 抗震动高倍率观测系统

本公司搭配的基恩士高速相机的配置为VW-9000主机+ VW-600C高速彩色照相机装置+VW-Z2变焦镜头+VW-S200自由角度支架,可以快速在现场随移随搭,对关键物体运动进行高速拍摄和后续分析。

支持外部信号输入/触发



另外,VW-9000主机背后的I/O接线盒,支持外部信号输入和触发配置,可以同时记录外部信号和视频拍摄信号,统一进行分析。典型的工业应用可以是对快速运动物体的故障/特征时段分析,外部的故障/特征传感信号作为相机开始拍摄的触发信号,高速录制下故障/特征发生时段的关键物体的运动情况,可以快速的对故障/特征部分进行分析。应用案例如:精密加工过程分析、传动齿轮在位图像分析、焊接过程分析、机械部件运动分析等。

动态图表

动态图表motion graph是VW-9000内部对全范围内像素进行计算的一类特征值(官方手册未作说明),可以通过动态图表内值的变化分析定性反映出实际拍摄物体的运动特征。

帧率与快门

与静态摄影相同,动态视频录制也存在快门曝光时间的概念,也就是每一张图像的曝光时间;帧率的定义则是针对动态视频拍摄而言,即两张图之间的拍摄时间间隔。从下图可以看到帧率和快门时间的时间关系,帧率时间一定大于快门的时间。



更高的快门速度可以是运动图像更加清晰,而更高的拍摄帧率则可以记录更短间隔的运动过程,如下图所示。



像素与帧率

本设备采用的VW-600C高速彩色相机最高可以在4000fps帧率下完成640*480像素的拍摄,帧率最高可以达到230000fps,随着帧率的增加,像素扫描范围也会相应的减小。



应用案例——光源频闪测量

日常生活中的交流照明光源都会存在一个频闪的问题,如果光源频闪幅值变化比较大或者频闪的频率接近人眼能够识别的频率,会极容易造成人眼的视力疲劳。本次测量案例采用高速相机VW-9000对检测室内的光源频闪频率进行高速拍摄和分析,拍摄得到的动图如下所示,可以看到能够明显的看到高速相机下照明光源的频闪“呼吸”亮暗的变化,经过简单的动态图表的数据分析,得到此光源的频闪频率为100Hz。同样,采用对照,手机LED闪光灯采用直流驱动,高速相机就无法观察到其频闪现像。

本文作者:Hongjie Lu