حدد حجم إضاءة رؤية الآلة

تكنولوجيا رؤية الآلة تُعدّ ركيزة مهمة في الأتمتة الصناعية الحديثة والتصنيع الذكي، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات الفحص والتنقل والرقابة النوعية وغيرها. ومن بينها، تعد تقنيات الرؤية 2D و2.5D و3D ثلاث تقنيات أساسية، ولكل منها خصائص مختلفة وسيناريوهات تطبيق متنوعة.

أ. الخلفية

عند تقييم مخطط مصدر الضوء المرئي، يُعد من الاعتبارات المهمة هو تخصيص مساحة مناسبة لمصدر الضوء المرئي.

أثناء عملية التقييم، إذا لم يتم اختبار وتأكيد مصدر الضوء مسبقًا، فقد تظهر مشكلة في مرحلة لاحقة تتمثل في أن المساحة المُحفوظة صغيرة جدًا. أي أن مصدر الضوء الفعلي غالبًا ما يكون أكبر من المساحة المُحفوظة في البداية، مما يؤثر على المشروع. وإذا تم اعتماد مصدر ضوء صغير يمكن تركيبه لتلبية متطلبات الحجم، فمن المرجح أن تكون جودة التصوير سيئة وأن يكون تأثير الإضاءة غير مرضٍ بسبب عدم توافق مصدر الضوء، مما يؤثر على سير المشروع كاملاً. وفي النهاية، لا يزال من الضروري تعديل المساحة المُعدة للتركيب وفقًا للحجم الفعلي لمصدر الضوء، وهذه العملية بأكملها تستهلك الكثير من الوقت والجهد.

لذلك، من المهم للغاية القيام بعمل جيد في تقييم اختيار مصدر الضوء في المرحلة المبكرة عند تقييم المخطط المرئي. في الوقت الحالي، يقوم معظم المخططات المرئية أولاً بإجراء اختبارات الإضاءة لتحديد حجم وارتفاع مصدر الضوء، ومن ثم يتم تصميم الأجزاء الأخرى، مما سيكون مفيدًا جدًا لتطوير المشروع بشكل سلس في المراحل اللاحقة.

II. حالات الاختيار

الصور التالية هي صورتان تقارنان بين تأثيرات التصوير لمصادر الضوء الكبيرة والصغيرة: توضح الشكل 1 أنه بسبب صغر مصدر الضوء، لا يمكن للبقعة الضوئية تغطية مجال الرؤية؛ ويوضح الشكل 2 أن حجم مصدر الضوء مناسب، ويمكنه تغطية مجال الرؤية بالكامل، مع تأثير موحد بشكل عام وسمات كشف واضحة.

كيف يمكننا اختيار مصدر ضوء ذي الحجم المناسب دون إجراء اختبارات إضاءة أولية؟ بعد الحصول على العينات التجريبية، نحتاج إلى فهم خصائص الكشف، وتقييم نوع مسار الضوء ولون مصدر الضوء، وبعد اختيار هذه العناصر، يمكننا تحديد الحجم المطلوب لمصدر الضوء.

توجد ثلاثة نقاط رئيسية تُستخدم كأساس للمرجعية. النقطة الأولى: وضع الإشعاع، هناك نوعان من أوضاع الإشعاع، أحدهما هو الإشعاع الأمامي، والآخر هو إضاءة الخلفية من الأسفل؛ النقطة الثانية: اختيار العدسة، توجد نوعان من العدسات، وهما عدسة FA وعدسة تيلوسترينية؛ النقطة الثالثة: المسافة العملية وحجم المجال البصري لهيكل مصدر الضوء.

III. وضع الإشعاع

بالنظر إلى وضع الإشعاع الأمامي، هل سطح المنتج المراد كشفه أملس وعاكس أم لا، فإن السطح غير العاكس يمتلك متطلبات منخفضة فيما يتعلق بحجم مصدر الضوء، ومصدر ضوء يقارب نصف حجم المجال البصري يكون كافيًا.

يركز على السطح العاكس كمثال لتقييم كيفية اختيار حجم مصدر الضوء، أولاً وقبل كل شيء، من الضروري اكتشاف ميزات السطح العاكس، ويجب أن يغطي بقعة الضوء المجال بأكمله ويشكل صورة موحدة، مما سيساعد في توفير تباين أفضل.  

في نفس الوقت، يجب معرفة ثلاثة معاملات: حجم مركز هدف الكاميرا، والمسافة العملية من الكاميرا إلى سطح الكشف، وحجم مجال الرؤية (يتوافق طول وعرض مجال الرؤية مع طول وعرض شريحة الكاميرا). ثانيًا، إذا كان العدسة عدسة FA، فمن الضروري أيضًا معرفة معامل الزاوية الداخلة. بهذه الطريقة، يمكن الحصول على زاوية إسقاط الكاميرا وزاوية الانعكاس، كما هو موضح في الأشكال التالية (الشكل 3، الشكل 4، الشكل 5). يمكن ملاحظة أن الإسقاط والانعكاس يشكلان شكلًا على هيئة حرف W. إذا كان مصدر الضوء خارج زاوية الإسقاط (كما في الشكل 3)، فسيكون هناك بقع ضوئية في زاوية الانعكاس؛ إذا كان مصدر الضوء في الموضع الحرج لزاوية الانعكاس (كما في الشكل 4)، فسيُرى البقعة الضوئية على حافة مجال الرؤية المُصَوَّر؛ فقط عندما يكون مصدر الضوء خارج الحافة المنعكسة (W) (كما في الشكل 5) يمكن الحصول على تأثير تصوير موحد.

ينطبق الشيء نفسه على إضاءة الحافة السفلية، ولكن لا حاجة لحساب زاوية الانعكاس. كلما كان مصدر الضوء أبعد عن سطح الكشف، زادت مسافة العرض الممدود لزاوية الإسقاط. ويمكن عند اختيار الإضاءة الخلفية لعدسة FA أن تُحسب وتُقيَّم بهذه الطريقة. كما هو موضح في الشكل التالي:

IV. اختيار العدسة

لقد ذكر أعلاه فقط نوعين من طرق الإضاءة بالنسبة لعدسة FA، كما أن الصور والنصوص تتخذ عدسة FA مثالاً للمراجعة. وهناك نوع آخر من العدسات يحتاج إلى شرح، وهو العدسة التيلوترونية (Telecentric) الشائعة الاستخدام. العدسة التيلوترونية هي في الأساس من نوع المسار البصري المتوازي، لذا عند اختيار حجم مصدر الضوء مع العدسة التيلوترونية، يكفي أن يكون أكبر قليلاً من مجال الرؤية الفعلي. كما هو موضح في الشكل التالي:

V. مسافة العمل وحجم مجال الرؤية لهيكل مصدر الضوء

بعد معرفة مركز هدف الكاميرا والمسافة العاملة، وزاوية العدسة، والمسافة العاملة لمصدر الضوء، ومجال الرؤية (FOV)، يمكن تحديد حجم مصدر الضوء عن طريق الحساب. وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام برامج مثل CAD لرسم الرسومات وفقًا للمعايير، لرؤية بشكل بديهي مكان بقعة الضوء لمصدر الضوء، وتحديد ما إذا كان حجم مصدر الضوء المحدد مناسبًا. كما هو موضح في الشكل التالي:

عند استخدام عدسة FA عادية، يمكن الحصول على العلاقة بين المسافة العاملة لمصدر الضوء (Wd) وطول الضوء السطحي (L) من خصائص المثلثات المتشابهة:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

عند استخدام عدسة تيلو سنتريك (telecentric)، فإن موقع تركيب مصدر الضوء المحدد يحتاج فقط إلى ضمان أن  L > FOV.

VI. الخاتمة

في نظام فحص الرؤية الآلية، يُعد اختيار مصدر الضوء المرئي جزءًا مهمًا. إن الاختيار الصحيح لمصدر الضوء يُسهم في إتمام النظام البصري بشكل سلس، كما أن استخدام مصدر ضوء مناسب يمكنه بشكل فعال تقليل التكاليف ومساحة التركيب للآلية.