Typy osvětlení pro strojové vidění: Jak vybrat nejvhodnější osvětlení

Výběr správného světlo pro strojové vidění osvětlení je základním pilířem spolehlivé kontroly – špatné osvětlení vede k propuštěným vadám, falešným odmítnutím a snížené návratnosti investice (ROI). Jako globální dodavatel řešení pro strojové vidění s 15letou zkušeností nabízí společnost HIFLY Technology (Shenzhen) kompletní sortiment průmyslových osvětlovacích produktů certifikovaných podle normy ISO 9001:2015 a slouží klientům ve více než 30 zemích. Níže popisujeme základní typy světel pro strojové vidění, klíčová kritéria pro jejich výběr a reálné aplikace, abyste mohli učinit informovaná rozhodnutí.

Základní typy světel pro strojové vidění a jejich optické funkce

Světelné tyče, kruhová a plochá světla: geometrie, pokrytí a zdůraznění okrajů

Světelné tyče vyzařují zaměřené světlo, které je výborné pro detekci vad ve tvaru přímky a pro zvýraznění okrajů při inspekci na dopravních pásách. Kruhová světla jsou umístěna kolem čoček v kruhu a poskytují rovnoměrné čelní osvětlení, čímž snižují stíny u kulatých předmětů a usnadňují rozpoznání malých dílů. Plochá panelová světla rovnoměrně rozptylují světlo po povrchu, čímž se snižuje odlesk na lesklých elektronických komponentách a zvyšuje se pravděpodobnost detekce povrchových vad, například škrábanců. Nedávná studie optických inženýrů z roku 2024 ukázala, že použití těchto speciálně tvarovaných světel zvýšilo rozlišitelnost okrajů přibližně o 28 % oproti běžným podmínkám osvětlení. Tento druh zlepšení má zásadní význam v kontrole kvality, kde přehlédnutí detailů může firmám stát značné finanční ztráty.

Zadní osvětlení, čárová a kopulová světla: řešení problémů transparentnosti, trojrozměrného tvaru a odrazivých povrchů

Při práci s průhlednými nebo poloprůhlednými materiály, jako jsou skleněné lahvičky, zářivé pozadí pomáhají zdůraznit obsah. Díky nim jsou viditelné malé bubliny a rozdíly v tloušťce, které mají pro kontrolu kvality při výrobě léků zásadní význam. Dále existují generátory čar, které promítají laserové vzory po povrchu. Jejich úkolem je v podstatě vytvořit mapu třírozměrné tvary, které pomáhají technikům kontrolovat svařovací švy a přesně měřit rozměry. U lesklých povrchů, kde mohou být odrazy problémem, se uplatňují kupolové osvětlovací zařízení. Tyto speciální světla rovnoměrně rozptylují světlo z více úhlů, čímž vytvářejí rovnoměrné osvětlení bez stínů. To je rozhodující při hledání mikroskopických rysů na leštěných kovech nebo povrchových úpravách karoserií automobilů, které vypadají skvěle, ale mohou skrývat skryté nedostatky. Některé testy prováděné ve výrobních závodech polovodičů dokonce odhalily zajímavý fakt: při inspekci zrcadlově lesklých povrchů polovodičových destiček (waferů) pomocí polarizovaného kupolového osvětlení výrobci zaznamenali přibližně 19% snížení falešných odmítnutí. To není špatné zlepšení efektivity při zachování stanovených norem.

Kritická kritéria pro výběr osvětlovacích zařízení pro strojové vidění

Úhel, poloha a rozptyl: řízení kontrastu, stínů a viditelnosti prvků

Způsob, jakým světlo dopadá na předmět, může rozhodnout o tom, zda budou detaily jasně viditelné, nebo zcela uniknou pozornosti. Při čelním osvětlení se například drobné nedostatky na kovových površích, jako jsou rýhy, ještě více vyniknou. Stranové osvětlení pod úhlem přibližně třiceti až čtyřiceti pěti stupňů rovněž lépe zdůrazňuje strukturu povrchu, což je důvod, proč se tak dobře osvědčuje při kontrolních procesech pájení na tištěných spojovacích deskách (PCB). Rozptylování světla pomáhá přeměnit obtížné odlesky na užitečnou informaci. Kopulové světlo skvěle funguje u složitých zakřivených autokomponent, kde by jinak oslnivé světlé skvrny vše zkazily, a podle zpráv většiny odborníků v této oblasti umožňuje zlepšit přesnost měření přibližně o procent. Umístění světel do přesně správné polohy snižuje problémy se stíny, které vedou k nesprávným odmítnutím součástí. U rovných povrchů se velmi dobře osvědčuje koaxiální osvětlení. Protiložné osvětlení vytváří ostré obrysy, které umožňují přesně měřit rozměry. Pokud však rozptyl světla nastavíme špatně, najedou nás dodatečné časové nároky na odstraňování problémů způsobených nevhodnými podmínkami osvětlení – někdy dokonce plýtváme téměř čtvrtinou celkového času zpracování.

Výběr vlnové délky (UV–viditelné–IR): zvyšování materiálově specifického kontrastu a dodržování předpisů

Reakce různých materiálů určuje, které vlnové délky jsou pro kontrolní úkoly nejvhodnější. Například UV světlo o vlnové délce 365 nanometrů případ, dokáže odhalit obtížně odstraňitelné kontaminanty, jako je například zbytkové lepidlo na lékařském vybavení. Mezitím, infračervené světlo přibližně o vlnové délce 850 nm proniká skrz vrstvy obalu, takže můžeme kontrolovat obsah potravinových výrobků, aniž bychom je otevřeli. Pokud jde o barvy viditelného světla, určité odstíny vytvářejí lepší kontrast vůči vadám. Modré světlo přibližně o vlnové délce 470 nm zřetelně vyniká oranžové vady na polovodičových kotoučích, čímž se zlepšuje naše schopnost detekovat problémy ve srovnání s běžným bílým osvětlením. Výrobci musí dodržovat normu IEC 62,471bezpečnostní pokyny týkající se ochrany očí při práci s infračerveným (IR) světlem na jejich výrobních linkách. Zemědělci a balíční firmy také těží z technologie blízkého infračerveného záření, protože umožňuje detekovat modřiny na ovoci a zelenině, které by nikdo nezpozoroval pouhým okem. Některé materiály jsou však citlivé na teplo, zejména různé druhy plastových fólií, a proto je během kontrol kvality nezbytné pečlivě regulovat expozici jak UV, tak IR záření, aby nedošlo k poškození předmětu, který právě prohlížíme.

Jak osvětlení přímo ovlivňuje přesnost detekce a návratnost investice (ROI)

Měření zlepšení kvality obrazu: kontrastní poměr, poměr signálu k šumu (SNR) a zvýšení detekce vad

Optimální osvětlení pro strojové vidění zlepšuje základní metriky obrazu:

• Kontrastní poměr zvyšuje se o 30–60 % při směrovém osvětlení, čímž se mikropraskliny a jemné povrchové nepřesnosti lépe odlišují od pozadí.
• Poměr signálu k šumu (SNR) zlepšuje se o 15 dB při rovnoměrném osvětlení, čímž se snižuje zrnitost při inspekci vysokorychlostních procesů.
• Zvýšení detekce vad dosahuje 40 % u ověřování automobilových dílů při kombinaci podsvícení s víceosou obrazovou technikou. Vyšší kontrast a poměr signálu k šumu (SNR) umožňují algoritmům identifikovat vady menší než jeden milimetr, což přesahuje lidskou zrakovou schopnost.

Náklady vyplývající z nedostatečného osvětlení: falešně pozitivní odmítnutí, přepracování a výpadky systému (údaje AIA 2023)

Nedostatečné osvětlení vyvolává řetězové provozní selhání:

• Falešně pozitivní odmítnutí stoupají o 22 % při nekonzistentních vlnových délkách, což vede k zbytečnému vyřazení funkčních komponent.
• Náklady na předělávku spotřebují 18 % výrobních rozpočtů, pokud odlesk zakrývá vady svarových švů.
• Prostoje systému průměrně činí 15 000 USD za hodinu během překalibrace – často způsobené tepelným posunem LED polí (AIA 2023). Tyto chyby dohromady snižují návratnost investic (ROI) o 34 % na 200 studovaných výrobních zařízeních. Proaktivní optimalizace osvětlení předchází odhadovaným ztrátám ve výši 740 000 USD ročně u vysokorozsahové montáže elektronických zařízení.

Referenční údaje z praxe: Přizpůsobení osvětlení pro strojové vidění potřebám průmyslu

Skutečná hodnota optických uspořádání se ukáže při pohledu na konkrétní výsledky v průmyslových odvětvích, kde specializované osvětlení řeší jedinečné problémy při kontrolních úkonech. Uvažme například automobilové továrny: kupulové osvětlení pomáhá odstranit ty obtížné odrazy na zakřivených dílech, aby mohli pracovníci správně kontrolovat svařovací švy. Studie ukazují, že tento přístup detekuje vady přibližně o 40 % lépe než běžné provozní osvětlení během kontrol kvality. V elektronickém průmyslu naproti tomu používají speciální koaxiální světla vyzařující modré světlo o vlnové délce 470 nm k zjišťování drobných pájených spojů na tištěných spojovacích deskách. Tato metoda snižuje počet falešných poplachů přibližně o 32 %, jak potvrdily nedávné průmyslové testy z minulého roku. A nezapomeňte ani na potravinářský průmysl: tyto provozy instalují průmyslová zadní osvětlení s ochranou IP69K a doplňkovými UV funkcemi, která umožňují nalézt jakékoli nežádoucí předměty uvnitř průhledných obalů, a to vše při dodržení přísných hygienických požadavků stanovených regulačními orgány.

Pokud jde o systémy ověřování balení, návratnost investice se stává zřejmou, pokud se podíváme na optimalizaci osvětlení. Směrová tyčová světla skutečně výrazně zlepšují čitelnost optického rozpoznávání znaků (OCR) na obtížných površích, jako jsou například zmačkané štítky nebo lesklé kovové fólie. Tyto specializované světelné zdroje dosahují prvního úspěšného čtení přibližně ve 99,7 % případů v rámci farmaceutických procesů sériového označování, zatímco u běžných osvětlovacích systémů je tento poměr pouze 85 až 90 %. V odvětví výroby textilií uvádějí firmy zlepšení rychlosti kontrol přibližně o 27 % díky víceúhlovým LED polím, která skutečně odhalují nedostatky v tkání, jež by jinak zůstaly nepozorované za běžných osvětlovacích podmínek v továrně. Podívejte se na čísla v následující tabulce, která ukazují tato zlepšení v různých odvětvích.

Tyto referenční hodnoty potvrzují, že výběr světla se strukturovaným světlem – nikoli pouze maximální jas – přináší měřitelné zlepšení přesnosti a zároveň řeší regulační rámce platné pro každý průmyslový segment. Optimální konfigurace osvětlení pro strojové vidění vyplývá z měřitelných požadavků na zvýraznění charakteristik, nikoli z obecných specifikací, čímž se prokazuje, že optika přizpůsobená konkrétnímu použití zvyšuje spolehlivost kontrolních procesů.

Jste připraveni optimalizovat osvětlení pro strojové vidění?

Správné osvětlení pro strojové vidění mění kontrolní procesy z nákladové položky na konkurenční výhodu – úspěch spočívá v přizpůsobení typu světla, úhlu a vlnové délky materiálu, konkrétní úloze a prostředí. Pro individuální poradenství nebo přístup k průmyslovým řešením osvětlení (včetně variant určených pro konkrétní vlnové délky a odolných verzí) spolupracujte s dodavatelem s ověřenou zkušeností v daném průmyslovém odvětví.

HIFLY 15 let zkušeností v oblasti strojového vidění – od osvětlení přes kamery až po integrované systémy – zaručuje spolehlivá a regulativním požadavkům vyhovující řešení, která maximalizují přesnost i návratnost investice. Kontaktujte nás ještě dnes na bezplatnou konzultaci bez závazku, abychom optimalizovali vaše osvětlovací uspořádání.