Průvodce osvětlením pro strojové vidění s LED pro automatizované systémy

LED osvětlení je základem spolehlivého automatizovaného strojového vidění – jeho rychlost, stabilita a spektrální konzistence přímo určují přesnost kontrol při vysokorychlostní výrobě. Jako globální dodavatel řešení pro strojové vidění s 15letou zkušeností nabízí společnost HIFLY Technology (Šen-čen) průmyslové LED osvětlení osazení strojového vidění (certifikované podle normy ISO 9001:2015) klientům ve více než 30 zemích, čímž naplňuje náročné požadavky automatizovaných systémů. Níže vysvětlujeme, proč jsou LED nezbytné, popisujeme základní techniky osvětlení a optimalizace specifické pro jednotlivé materiály.

Proč je LED osvětlení nezbytné pro spolehlivý výkon světelných systémů pro strojové vidění

Fyzika synchronizace světla a senzoru ve vysokorychlostní automatizaci

Aby fungovala automatizace pro vysokorychlostní provoz, musí být časování mezi záblesky světla a uzávěrkou fotoaparátu přesné až na úrovni mikrosekund. LED diody reagují již za 10 mikrosekund nebo méně – to je mnohem lepší než starší halogenová nebo zářivková osvětlení – a proto nedochází k rozmazání pohybu při rychlé kontrole výrobků. Představte si pásový dopravník pohybující se rychlostí 5 metrů za sekundu. Pokud je osvětlení i jen o milisekundu zpožděné, vznikne ve výsledných obrazech zkreslení o 5 mm, což může vést k nesprávné klasifikaci malých elektronických součástek. Osvětlení musí zůstat stabilní bez blikání, aby každý snímek obdržel stejné množství světla. To je zvláště důležité pro systémy optického rozpoznávání znaků (OCR), které musí číst štítky na více než 500 baleních za minutu. Polovodičové továrny, kde se chyby měří v nanometrech, spoléhají na LED osvětlení, jehož změny intenzity nepřesahují 0,1 %. Tyto specifikace splňují požadavky normy ISO 9022-18 a odpovídají tomu, co většina výrobců dnes považuje za dobrý průmyslový standard.

LED vs. halogen vs. zářivky: životnost, stabilita a spektrální konzistence

Osvětlení pro strojové vidění je výrazně dominováno LED diodami, protože mají delší životnost, lepší kontrolu barev a v průběhu času zůstávají stabilní. Tradiční halogenové žárovky ztratí již po pouhých 1 000 provozních hodinách přibližně 30 % své jasnosti. Fluorescenční trubice nejsou o mnoho lepší – jejich teplota světla se může každý měsíc změnit až o 300 K. Průmyslové LED diody vyšší kvality však vyprávějí jiný příběh. Tyto vysoce kvalitní jednotky udržují i po více než 50 000 hodinách nepřetržitého provozu alespoň 95 % své původní jasnosti. Taková konzistence je zásadní v aplikacích, kde je na časování všechno, například při kontrole farmaceutických blistrových obalů během výrobních šarží. Co LED diody opravdu vyzdvihuje, je jejich schopnost emitovat velmi specifické vlnové délky světla. Například kvalitní LED dioda vyprodukuje červené světlo o vlnové délce 630 nm s odchylkou menší než 2 nm. Porovnejte to s halogenovými žárovkami, jejichž energie se rozprostírá přes široké spektrum barev s rozsahem přibližně 40 nm. Užší barevné zaměření LED diod umožňuje získat mnohem ostřejší obrazy při hledání drobných rysů na lesklých kovových površích. Výrobci uvádějí, že při přechodu ze standardních zdrojů světla na tyto specializované LED diody dochází až ke snížení počtu nezjištěných vad o 20 %.

Základní techniky osvětlení pro aplikace strojového vidění

Účinná nastavení osvětlení pro strojové vidění přímo určují přesnost kontrol v automatických systémech. Výběr optimálních technik minimalizuje falešné odmítnutí součástí a zároveň maximalizuje detekci vad na různých materiálech a povrchových vlastnostech.

Zadní osvětlení a světlé pole: optimalizace detekce hran podle povrchové odrazivosti

Zadní osvětlení funguje umístěním zdrojů světla za objekty, čímž vznikají ostré kontrastní siluety, které jsou velmi vhodné pro měření rozměrů a detekci děr. Dále existuje technika jasného pole, při které je světlo dopadající pod mělkým úhlem (přibližně 10 až 30 stupňů) směrováno z přední strany, čímž se povrchové textury ještě lépe vyčlení. Kombinací obou přístupů se využívá rozdílný způsob odrazu světla různými materiály, čímž se přesnost detekce hran u kovových součástí zvyšuje přibližně o 40 % oproti použití běžného rozptýleného osvětlení. Tato kombinace snižuje chyby měření při přesné obrábění a také pomáhá robotům správně zarovnat součásti.

Tmavé pole a koaxiální osvětlení: detekce mikroškrábanců na lesklých površích

Světlení v tmavém poli funguje tak, že světlo odrazí pod úhly menšími než 30 stupňů od povrchových vad, čímž se tyto drobné škrábance (menší než 5 mikronů) stanou viditelnými, zatímco při běžném osvětlení je zcela přehlédneme. Při koaxiálním osvětlení světlo prochází stejnou dráhou jako optická osa objektivu kamery, čímž potlačuje ty obtížné odrazy, které pozorujeme na lesklých površích, například na leštěném hliníku nebo skle se speciálními povlaky. Studie publikovaná loni v časopisu Optics Manufacturing ukázala také zajímavý výsledek: když výrobci obě metody kombinovali, zaznamenali o 32 % více škrábanců na kovových površích ve srovnání s dřívějším stavem. Navíc došlo ke snížení počtu falešných poplachů způsobených odlesky. Tyto techniky se nyní staly poměrně standardním postupem v odvětvích, kde má kvalita rozhodující význam – zejména při kontrole lakování automobilů a ověřování elektronických komponentů, kde i nejmenší vada může v budoucnu způsobit vážné problémy.

Strukturované laserové osvětlení pro extrakci 3D profilu v robotickém vedení

Když strukturované laserové osvětlení promítne tyto pečlivě změřené čárové vzory na objekt, následuje něco opravdu pozoruhodného. Způsob, jakým se tyto čáry zkreslují, nám přesně ukazuje tvar daného objektu – a to až na úrovni milimetrů pro 3D rekonstrukce. Pro roboty, které mají z kontejnerů vybírat díly, montovat komponenty nebo sledovat svařovací švy, poskytuje tato informace o hloubce možnost okamžitě upravit svou dráhu během práce. Reálné testy ukazují, že tyto systémy dokážou opakovat měření s přesností 0,1 mm i u složitých tvarů. Taková přesnost je zásadní například v leteckém průmyslu, kde musí díly dokonale sedět, nebo při skládání článků lithium-iontových baterií, kde se malé nepřesnosti rychle akumulují. Proč je strukturované světlo tak výhodné? Na rozdíl od běžných 2D kamer, které mají potíže, pokud objekty nejsou natočeny správným směrem, tato metoda funguje bez ohledu na polohu objektu či jeho umístění v prostoru.

Optimalizace osvětlení specifická pro daný materiál za účelem zvýšení přesnosti světelných systémů pro strojové vidění

Rozptýlené osvětlení kupole pro OCR průhledného obalu: Odstranění odrazových světlých míst

Průhledné obaly, jako jsou plastové lahve, matné nádoby a malé bublinkové obaly pro tablety, způsobují skutečné problémy systémům optického rozpoznávání znaků kvůli nejrůznějším odrazům, které zakrývají čárové kódy a štítky. Řešení? Rozptylové kupolové osvětlení obklopuje předměty rovnoměrným, všesměrovým a jemným světlem pod přesně správným úhlem. Tyto kupolové svítidla mají uvnitř speciální zakřivený tvar, který světlo rozmisťuje, místo aby ho odráželo přímo zpět do kamer. Výsledek je opravdu zajímavý – měkké osvětlení zřetelně vynikne malá vyražená písmena nebo laserově gravírované údaje, aniž by byly přeexponované. Některé testy v oboru balení ukázaly, že tato svítidla zvyšují úspěšnost čtení přibližně o 40 % oproti běžným bodovým světlům. Na rychle se pohybujících montážních linkách, kde jsou výrobky kulaté nebo částečně průhledné, výrobci opakovaně tyto kupolové svítidla používají, pokud potřebují spolehlivé výsledky od svých systémů strojového vidění.

Jste připraveni vylepšit osvětlení ve svém automatizovaném systému?

Rychlost, stabilita a univerzálnost LED osvětlení činí toto řešení nezbytným pro automatizované strojové vidění – úspěch však závisí na správném výběru typu LED a techniky osvětlení vhodné pro vaši konkrétní aplikaci. Pokud hledáte průmyslové LED osvětlení nebo chcete osvětlení kombinovat s doplňkovými kamerami pro strojové vidění (jako je nabízí společnost HIFLY), spolupracujte s dodavatelem, který rozumí zvláštním požadavkům automatizovaných systémů.

15leté zkušenosti společnosti HIFLY v oblasti strojového vidění – včetně LED osvětlení, kamer a integrovaných řešení – zaručují, že naše řešení bude plně odpovídat rychlosti vaší výroby, velikosti detekovaných vad a vlastnostem zpracovávaných materiálů. Kontaktujte nás ještě dnes a domluvte si bezplatnou konzultaci zaměřenou na optimalizaci vašeho osvětlovacího systému.