4. 产线图像采集与触发控制
在产线缺陷检测系统中，相机“拍得准”比“拍得清”更关键。图像采集与触发控制决定了每一帧图像是否对应到正确的工件位置、是否在运动模糊可接受范围内、多相机是否看到同一时刻的同一区域。若触发链设计不当，常见后果是：图像时有时无、工件偏移出视野、多相机图像错位、频闪与曝光不同步导致亮度忽明忽暗。本节围绕触发方式、编码器与PLC信号、频闪控制器、多相机同步以及采集接口配置展开。
一、软触发与硬触发：先明确“谁决定曝光时刻”
软触发由上位机或视觉软件通过SDK、GenICam命令或TCP指令向相机发送触发命令，相机收到后开始曝光。它的优点是接线简单、参数调整灵活，适合低速、间歇式工位或调试阶段。缺点是触发时刻受操作系统调度、网络抖动和软件线程影响，抖动通常在毫秒级甚至更大，不适合高速连续产线。
硬触发由外部电信号直接驱动相机I/O或采集卡触发输入，典型为24V PLC信号经光耦隔离后转为相机可接受的5V/12V电平，或直接使用编码器差分信号。硬触发延迟由传感器、光耦、线缆和相机内部触发延迟共同决定，通常可做到微秒级，重复性好。选择原则是：节拍低于约30件/分钟、定位精度要求不高的工位可用软触发；高速、高精度、多相机同步场景必须用硬触发。
二、编码器与PLC信号：把“位置”变成“触发时刻”
编码器安装在传送带辊轴或驱动电机上，输出A/B相正交脉冲和Z相零位脉冲。A/B相用于计数和判向，Z相用于每转清零，避免累计误差。相机触发通常取自编码器脉冲经分频后的信号：设编码器每转2000脉冲，辊轴周长400mm，则每个脉冲对应0.2mm位移。若要求每5mm采集一次，则分频系数为25，即每25个脉冲输出一个触发信号。
PLC信号则用于工位级联锁：当工件到达光电传感器时，PLC输出一个上升沿给相机或频闪控制器，同时可输出“允许拍照”使能信号，避免空拍。实际接线中，编码器信号常先进入PLC高速计数模块或专用分频器，再由PLC晶体管输出或分频器输出驱动相机触发。需要注意共地、屏蔽和隔离：编码器屏蔽层单端接地，触发线与动力线分开走线，避免变频器干扰造成误触发。
三、频闪控制器：让曝光与光源同步
频闪控制器接收相机或PLC的触发信号，在曝光窗口内驱动LED光源以短时高电流发光。其核心参数是频闪时间、输出电流和延时。频闪时间应略大于相机曝光时间，例如曝光200μs时频闪设为220μs，确保整个曝光期光源稳定。输出电流决定亮度，但过高会缩短LED寿命，通常按光源额定值的1.5～3倍设置。延时用于补偿光源与相机之间的响应差，若图像偏暗或拖影，可微调延时使频闪窗口与曝光窗口对齐。
四、多相机同步：同一时刻、同一坐标系
多相机同步分两种：一是“同时曝光”，用于多角度拍摄同一工件；二是“顺序曝光”，用于不同工位依次拍摄。同时曝光要求所有相机接收同一触发信号，且曝光起始沿对齐。若相机支持硬件触发级联，可将主相机闪光输出或PLC同一输出并联到各相机触发输入，线缆长度尽量一致。若相机不支持，可用采集卡的多路触发输出或专用同步盒。
顺序曝光则依赖编码器位置或PLC工位信号，每台相机在工件到达其视野中心时触发。此时需计算各相机安装间距与编码器脉冲数的对应关系，例如相机1与相机2相距300mm，每脉冲0.2mm，则相机2触发比相机1延迟1500个脉冲。实际调试时可用“同一标记物”验证：在传送带上贴一个十字标记，分别触发各相机，比较标记在图像中的像素坐标，若偏差超过允许值，则调整触发延时或安装位置。
五、采集卡与接口配置：带宽、线缆与触发路由
接口选择直接影响分辨率、帧率和多相机扩展能力。GigE Vision使用标准网线，单口带宽约1Gbps，适合中等分辨率、多相机分布式部署，但需注意网卡巨帧、交换机QoS和PoE供电。USB3 Vision带宽约5Gbps，即插即用，适合单机多相机，但线缆长度通常不超过3～5米，且对主机控制器和供电敏感。Camera Link带宽高、延迟低，适合高速线阵或高分辨率面阵，但需专用采集卡和线缆，成本较高。
配置时先算带宽：以500万像素、8bit灰度、30fps为例，单相机数据率约150MB/s，GigE单口实际可用约110MB/s，需降帧或使用双口聚合；USB3可满足；Camera Link Base模式约255MB/s，也足够。多相机时，若共用一台主机，需确认PCIe通道和采集卡触发路由是否支持多路独立触发。采集卡通常提供外部触发输入、闪光输出和多路I/O，可将编码器信号接入采集卡，由采集卡统一分发触发到各相机，减少PLC负担。
综上，产线图像采集与触发控制的核心是“位置—信号—曝光—照明—采集”五者时序对齐。硬触发保证时刻准确，编码器与PLC提供位置基准，频闪控制器保证照明同步，多相机同步保证空间一致，采集卡与接口保证数据完整。实际配置时，先根据节拍和精度选择触发方式，再计算分频系数和触发延时，最后通过标记物和示波器验证时序，才能让缺陷检测系统在产线上稳定运行。