线扫相机每走一条线采样一次,所以沿运动方向的分辨率完全由「两条线之间皮带走了多远」决定。要在 1000 mm/s 下每线只走 75 µm,相机就得跑在 13.3 kHz——也就是 1000 mm/s ÷ 0.075 mm。此时每条线只有 75 µs 用来曝光和读出,这个数字决定你的光源够不够亮;而横向(幅宽方向)也必须按同样的 75 µm 采样,像素才是方的。
| 产线线速 | 1000 mm/s |
| 纵向分辨率(每线行程) | 75 µm |
| 所需行频 | 13.3 kHz |
| 线周期(行频的倒数) | 75 µs |
| 允许 1 像素拖影的曝光上限 | 75 µs |
| 允许 ½ 像素拖影的曝光上限 | 38 µs |
| 允许 ¼ 像素拖影的曝光上限 | 19 µs |
| 每米产品采样线数 | 13333 |
行频是「速度除以分辨率」,不是乘。单位对齐后写成 行频 = 线速 ÷ 沿运动方向的分辨率。用 mm/s 除以 mm/线,得到的就是线/秒,再除以 1000 即 kHz。最常见的错误是拿微米去除毫米(差了 1000 倍),算出来的行频会高三个数量级——这个错误很好识别,因为市面上没有相机跑得那么快。
代入本题: 1000 mm/s ÷ 0.075 mm = 13333 lines/s = 13.3 kHz
沿运动方向的拖影等于「速度 × 曝光时间」。要把拖影控制在采样间隔 75 µm 的某个比例以内,曝光必须满足 曝光 ≤ 比例 × 75 µm ÷ 1000 mm/s。允许整整一个像素拖影时上限是 75 µs,允许半个像素时是 38 µs。实际取值要明显低于上限,用更亮的线光源补回来——真实系统里还有读出和触发抖动要占额度。
| 行频 | 每线行程 | 每米线数 | ½ 像素曝光上限 |
|---|---|---|---|
| 5 kHz | 200 µm | 5000 | 100 µs |
| 10 kHz | 100 µm | 10000 | 50 µs |
| 20 kHz | 50 µm | 20000 | 25 µs |
| 40 kHz | 25 µm | 40000 | 12.5 µs |
| 80 kHz | 12.5 µm | 80000 | 6.2 µs |
同一条产线,只改相机设置。行频翻倍,采样间隔减半,曝光额度也减半——两者永远同向变化,这就是「跑得越快越缺光」的算术原因。
行频决定沿运动方向的采样,镜头倍率与相机像元尺寸决定横向采样。要让两个方向采样相等,镜头必须工作在 倍率 = 像元尺寸 ÷ 纵向分辨率。本页纵向分辨率是 75 µm,所以 5 µm 像元需要 0.067X,10 µm 像元需要 0.133X,20 µm 像元需要 0.267X。这一步算错,零件在图像里会被按两者比值拉伸或压扁——而单独看每个方向都是「清晰」的。
| 相机 | 像元尺寸 | 像面长度 | 正方像素所需倍率 | 对应视野宽度 | 是否落在 PMS-LLC 区间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2K | 14 µm | 28.67 mm | ✗ 0.187X | 153.6 mm | 否 |
| 4K | 7 µm | 28.67 mm | ✗ 0.093X | 307.2 mm | 否 |
| 4K | 10 µm | 40.96 mm | ✗ 0.133X | 307.2 mm | 否 |
| 8K | 7 µm | 57.34 mm | ✗ 0.093X | 614.4 mm | 否 |
| 8K | 10 µm | 81.92 mm | ✗ 0.133X | 614.4 mm | 否 |
| 16K | 5 µm | 81.92 mm | ✗ 0.067X | 1228.8 mm | 否 |
像面长度 = 像元数 × 像元尺寸,必须落在 PMS-LLC 的 82 mm 像面内。视野宽度只由「像元数 × 75 µm」决定,与选哪台相机无关——换更大的靶面买到的是幅宽,不是分辨率。整个系列最广的一档是 82 mm ÷ 0.22X ≈ 373 mm;再宽的幅面只能拆成多相机,而不是找更广的镜头。
最后一列打叉不是镜头的问题:是相机对这个采样间隔「过采样」了,像元尺寸 ÷ 75 µm 已经低于 0.22X 的下限。解决办法是换像元更大、像元数更少的相机——82 mm 像面内做不出 0.1X,除非视野宽到单条线装不下。
以下是 POMEAS 公布的 16K 线扫镜头(82 mm 像面、M72 接口、F4.0–F16、畸变小于 0.002%)。按上表算出的倍率,选覆盖该倍率区间的型号即可。
| 型号 | 倍率 | 工作距离 | 解像力 | 畸变 | 接口 |
|---|---|---|---|---|---|
| PMS-LLC026-14640M-M72 | 0.22X – 0.3X | 752 / 644 / 571 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC033-14640M-M72 | 0.3X – 0.37X | 482 - 571 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC05-14640M-M72 | 0.47X – 0.54X | 417 / 383 / 357 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC075-14640M-M72 | 0.7X – 0.85X | 304 / 286 / 267 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC1-14640M-M72 | 0.92X – 1.08X | 见规格书 | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC133-14640M-M72 | 1.33X | 216 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC2-14640M-M72 | 1.75X – 2.25X | 179 - 690 mm | 5 μm | <0.002% | M72 |
| PMS-LLC3-14640M-M72 | 3X – 3.5X | 157 / 150 / 144 mm | 10 μm | <0.002% | M72 |
表中数值取自各产品页公布值;同一型号给出三档时,工作距离按同序排列。
几何关系通常不是先坏的那一环。第一是光:每线只有 75 µs,线光源要在这么短的时间里给出相当于面阵相机 1 ms 曝光的每线能量,所以线扫光源是按「每米多少瓦」来配的,不是按流明。第二是触发:行频必须跟编码器走而不是跟定时器走,否则皮带速度波动会直接变成分辨率波动。第三是振动与镜头解像力:标称 5 µm 的镜头,在机架按行频共振时,给不出 75 µm 采样所需的余量。
13.3 kHz。用线速除以采样间隔:1000 mm/s ÷ 75 µm(= 0.075 mm)= 13333 线/秒 = 13.3 kHz。线周期是它的倒数,75 µs;一米产品会被采样 13333 次。
硬上限是一个线周期 75 µs,这时已经允许整整一个像素的拖影。要控制在半个像素是 38 µs,四分之一个像素是 19 µs。建议计量类应用按半像素取,有无检出类可以放到整像素。
倍率不直接跟行频,而是跟最终的分辨率走。本页把纵向定在 75 µm,横向就得同样 75 µm,于是倍率 = 像元尺寸 ÷ 75 µm。分辨率目标减半,倍率就翻倍——所以改行频往往会连带改镜头。
一直跑到相机规格上限为止。保持 75 µm 不变,100 kHz 的相机可以做到 7500 mm/s。再快就只能放宽采样间隔,或者把幅宽拆给两台相机、各自跑一半行频。
只要需要测量或需要拼接成像,就必须跟编码器。固定行频假设线速恒定;2% 的速度误差会变成 2% 的长度误差,这个量级比这套分辨率本来要保证的公差还大。固定行频只适合有无检出和标签核对。
跑得动。13.3 kHz 对线扫相机属于常规工作点,在这个行频下多数机型还能开双路或合并像元来换灵敏度。
这些数字背后的方法,以及接下来该算的页面:镜头倍率换算表:靶面 × 视野, 电动变倍镜头选型与集成指南, 变倍镜头视野 FOV 计算方法, 各型号真实工作距离, PMS-LLC05 16K 线扫镜头. 手上的工况不在表里?把线速和需要的分辨率发给我们: 与应用工程师沟通.