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産業用カメラとは、製造現場の外観検査や寸法測定、装置への組み込み、研究開発などに使用される業務用カメラです。
一般的なデジタルカメラやWebカメラとは異なり、高画質な撮影だけでなく、高速撮影、外部トリガー、長時間の安定動作、画像処理ソフトとの連携などを前提に設計されています。
しかし、産業用カメラにはUSB、GigE、HDMI、ラインスキャンなど多くの種類があり、画素数やフレームレートだけでは適切な製品を選べません。
本記事では、産業用カメラの基本的な仕組みから種類、用途、選定時のポイントまで分かりやすく解説します。
産業用カメラとは？
産業用カメラとは工場、研究機関、検査装置などで画像を取得するために使用されるカメラです。
「マシンビジョンカメラ」や「FAカメラ」と呼ばれることもあります。
主に次のような目的で使用されます。
- ●製品表面の傷や汚れを確認する
- ●部品の寸法や位置を測定する
- ●製品の有無や向きを判定する
- ●文字やバーコードを読み取る
- ●装置内部や実験の様子を記録する
- ●高速で動く対象を撮影する
産業用カメラは、撮影した映像を人が観察する用途だけでなく、画像処理ソフトを使って自動で判定する用途にも使用されます。
一般的なカメラとの違い
産業用カメラとデジタルカメラ、Webカメラの大きな違いは、撮影した画像の使い方です。
一般的なカメラは、人が見たときにきれいに感じる画像を撮影することを重視しています。
一方、産業用カメラは、検査や計測に必要な情報を安定して取得することを重視しています。
| 比較項目 | 産業用カメラ | 一般的なカメラ・Webカメラ |
|---|---|---|
| 主な目的 | 検査・計測・記録・装置組み込み | 写真・動画・Web会議 |
| レンズ | 用途に応じて交換可能な製品が多い | 固定または専用レンズ |
| 外部トリガー | 対応製品が多い | 基本的に非対応 |
| 画像処理 | 検査・計測ソフトと連携しやすい | 閲覧・配信が中心 |
| 設定 | 露光時間やゲインなどを細かく調整可能 | 自動調整が中心 |
| 長時間運用 | 装置での連続使用を想定 | 一般利用を想定 |
| 接続方法 | USB、GigE、HDMIなど | USB、HDMI、Wi-Fiなど |
産業用カメラでは、照明条件や撮影距離が同じであれば、できるだけ同じ画像を繰り返し取得できることが重要です。
産業用カメラの基本的な仕組み
産業用カメラによる撮影は、主に次の流れで行われます。
- 1.照明で撮影対象を照らす
- 2.対象物から反射した光をレンズで集める
- 3.イメージセンサーが光を電気信号に変換する
- 4.カメラ内部で画像データに変換する
- 5.USBやGigEなどを通してPCやモニターへ出力する
- 6.ソフトウェアで表示・保存・計測・判定する
そのため、産業用カメラはカメラ本体だけで性能が決まるわけではありません。
適切な画像を撮影するには、カメラ、レンズ、照明、スタンド、ソフトウェアを組み合わせて考える必要があります。
産業用カメラの主な種類
松電舎では接続方法や撮影方法によって13種類の産業用カメラをご用意しております。
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| 産業用GigE Visionカメラ | 4Kカメラ | 産業用UVCカメラ |
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| ハイビジョンカメラ | ビデオカメラ・PCモニタダイレクトカメラ | IPカメラ/ネットワークカメラ | 近赤外線カメラ |
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| 超高感度 冷却CMOSカメラ | ラインスキャンカメラ | スマートカメラ | 水中 / 海中カメラ |
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| サーモカメラ |
産業用カメラの主な用途
外観検査
製品表面の傷、汚れ、異物、欠け、印刷不良などを確認します。
人がモニターを見て確認する目視検査と、画像処理ソフトによってOK・NGを判定する自動外観検査があります。
寸法測定
画像上で長さ、幅、角度、円の直径、面積などを測定します。
正確な測定を行うには、画素数だけでなく、レンズの歪み、カメラの設置角度、照明、校正方法なども重要になります。
位置決め
対象物の位置や角度を検出し、ロボットや搬送装置へ座標を出力します。
部品のピックアンドプレース、組立、位置補正などに使用されます。
OCR・コード読み取り
製品に印刷された文字、製造番号、バーコード、二次元コードなどを読み取ります。
文字の大きさ、印刷状態、搬送速度、照明の当て方によって認識精度が変わります。
観察・記録
製造工程や装置内部の様子をモニターに表示したり、静止画や動画として保存したりします。
トラブル発生時の原因調査、作業記録、品質管理、遠隔監視などにも利用されます。
研究開発
材料試験、流体観察、生物観察、燃焼、振動、衝突などの撮影に使用されます。
対象となる現象に応じて、高画素、高感度、高フレームレート、近赤外撮影などの性能が求められます。
産業用カメラを選ぶときの重要な仕様
画素数
画素数は、画像を構成する点の数です。
画素数が多いほど細かな部分を表現しやすくなりますが、データ容量や転送負荷も大きくなります。
しかし必ずしも画素数が高いカメラほど適しているわけではありません。
必要な画素数は、撮影範囲と確認したい最小サイズから考えます。
例えば、横幅100mmの範囲を横2,000画素で撮影する場合、理論上は1画素あたり0.05mmです。
100 mm÷2000 pixel=0.05 mm/pixel
実際の検査では、確認したい傷や異物を複数画素で捉えられるように余裕を持たせます。
フレームレート
フレームレートとは、1秒間に撮影できる画像の枚数です。単位にはfpsを使用します。
対象物が静止している場合は、必ずしも高いフレームレートは必要ありません。一方、高速で動く対象物や短時間に多数の製品を検査する場合は、高フレームレートのカメラが必要です。
シャッター方式
産業用カメラで使用される主なシャッター方式には、グローバルシャッターとローリングシャッターがあります。
グローバルシャッター
画面全体をほぼ同じタイミングで露光する方式です。
高速で動く対象物でも形状の歪みを抑えて撮影しやすいため、搬送物、回転体、ロボットなどの撮影に適しています。
ローリングシャッター
画面を上から下へ順番に読み出す方式です。
静止物の高解像度撮影に適した製品が多い一方、高速で動く対象物を撮影すると形が傾いたり、歪んだりする場合があります。
センサーサイズ
センサーサイズは、カメラに搭載されているイメージセンサーの大きさです。
同じレンズを使用した場合でも、センサーサイズによって撮影範囲が変わります。また、使用するレンズがカメラのセンサーサイズに対応していないと、画像の周辺が暗くなる場合があります。
カラーとモノクロ
色の違いを判定したい場合はカラーカメラを使用します。
一方、色が不要な傷検査、形状検査、寸法測定などでは、モノクロカメラが適している場合があります。モノクロカメラはカラーフィルターを使用しないため、条件によっては感度や細部の表現で有利です。
外部トリガー
外部トリガーとは、センサーやPLCなどから送られた信号に合わせて撮影する機能です。
製品が決められた位置に到達した瞬間だけ撮影したい場合や、機械の動作と撮影タイミングを同期させたい場合に使用します。
産業用カメラの選び方
産業用カメラは、次の順番で条件を整理すると選びやすくなります。
１．撮影の目的を決める
まず何を確認したいのかを明確にします。
- ● 人が映像を見て確認する
- ● 静止画や動画を保存する
- ● 寸法を測定する
- ● ソフトウェアでOK・NGを判定する
- ● 高速現象をスローで確認する
目的によって必要なカメラやソフトウェアが変わります。
２．撮影範囲を確認する
対象物全体を撮影するのか、一部分を拡大するのかを決めます。
撮影範囲と設置可能な距離が分かれば、必要なレンズの焦点距離や画角を検討できます。
３．確認したい最小サイズを決める
検出したい傷、異物、文字などの最小サイズを確認します。
撮影範囲と最小サイズから、必要なカメラ画素数を判断します。
４．対象物の動きを確認する
対象物は静止しているか、移動しているか、回転しているかなどを確認します。
動く対象物の場合はフレームレート、露光時間、シャッター方式、照明の明るさが重要です。
５．接続方法と配線距離を決める
PCの近くでカメラを使用する場合はUSB、長距離や装置組み込みではGigE、PCを使わずにモニターで観察する場合はHDMIが候補になります。
６．レンズ・照明・ソフトウェアを選ぶ
カメラが適切でも、レンズや照明が合っていなければ目的の画像は得られません。
カメラ単体ではなく、撮影環境全体で選定することが重要です。
産業用カメラ選びでよくある失敗
画素数だけで選んでしまう
高画素カメラを選んでも、レンズの解像力や照明条件が不足していると、細かな傷を確認できない場合があります。
カメラとレンズが合っていない
センサーサイズ、マウント、焦点距離、作業距離があっていないと、必要な範囲を撮影できません。
照明を後から考える
傷、汚れ、凹凸などは、照明の種類や照射角度によって見え方が大きく変わります。
鏡面、金属、透明体などは特に映り込みが発生しやすいため、照明を含めた事前テストが重要です。
PC性能や保存容量が不足する
高画素・高フレームレートの撮影では、大量のデータが発生します。
PCのCPU、メモリ、ストレージ速度、空き容量なども事前に確認する必要があります。
カメラだけでなく撮影環境全体で考える
産業用カメラで目的の画像を得るには、次の機器を組み合わせます。
- ● 産業用カメラ
- ● レンズ
- ● 照明
- ● カメラスタンド
- ● PCまたはモニター
- ● 撮影・録画・計測・検査ソフトウェア
特に外観検査では、カメラの性能以上に、照明の当て方によって結果が変わることがあります。
「どのカメラを選ぶか」だけでなく、「何をどのように見せるか」から撮影条件を組み立てることが重要です。
まとめ
産業用カメラとは、製造現場で研究開発で、検査、計測、位置決め、観察、記録などを行うためのカメラです。
USB、GigE、HDMI、ラインスキャン、ハイスピードカメラなど様々な種類があり、用途によって適切な製品が異なります。
選定時は、次の条件を整理しましょう。
- ● 撮影の目的
- ● 撮影範囲
- ● 確認したい最小サイズ
- ● 対象物の動き
- ● 必要な画素数とフレームレート
- ● 接続方法と配線距離
- ● レンズ・照明・ソフトウェア
松電舎では、産業用カメラだけでなく、レンズ、照明、スタンド、撮影・録画・計測ソフトウェアまで含めた選定相談に対応しています。
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| レンズ | 照明 | カメラスタンド | ソフトウェア |
撮影したい対象物や現在の課題が決まっている場合は、カメラの仕様から選ぶのではなく、実際の撮影条件を基にご相談ください。
