Επιλέξτε το Μέγεθος της Πηγής Φωτισμού Μηχανικής Όρασης

Η τεχνολογία μηχανικής όρασης αποτελεί σημαντικό πυλώνα της σύγχρονης βιομηχανικής αυτοματοποίησης και της έξυπνης παραγωγής, και χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως η επιθεώρηση, η πλοήγηση, ο έλεγχος ποιότητας και άλλοι. Ανάμεσα σε αυτές, οι τεχνολογίες 2D, 2.5D και 3D όρασης είναι τρεις βασικές τεχνολογίες, με διαφορετικά χαρακτηριστικά και πεδία εφαρμογής.

I. ιστορικό

Κατά την αξιολόγηση ενός σχεδίου πηγής φωτισμού για οπτική επίβλεψη, είναι σημαντικό να προβλεφθεί ο κατάλληλος χώρος για την πηγή φωτισμού.

Κατά τη διάρκεια της αξιολόγησης, εάν δεν γίνουν εκ των προτέρων δοκιμές και επαλήθευση της πηγής φωτός, μπορεί να προκύψει το πρόβλημα ότι ο προβλεπόμενος χώρος είναι πολύ μικρός σε μεταγενέστερο στάδιο. Δηλαδή, η πραγματικά διαθέσιμη πηγή φωτός είναι συχνά μεγαλύτερη από τον αρχικά προβλεπόμενο χώρο, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται το έργο. Εάν επιλεγεί μια μικρή πηγή φωτός που μπορεί να εγκατασταθεί για να καλύψει τις απαιτήσεις σε μέγεθος, είναι πολύ πιθανό η ποιότητα της εικόνας να είναι κακή και το αποτέλεσμα φωτισμού να είναι ανεπαρκές, λόγω της μη συμβατότητας της πηγής φωτός, με συνέπεια να επηρεάζεται η πρόοδος ολόκληρου του έργου. Στο τέλος, είναι ακόμη απαραίτητο να τροποποιηθεί ο χώρος εγκατάστασης σύμφωνα με τις πραγματικές διαστάσεις της πηγής φωτός, και η συνολική διαδικασία είναι χρονοβόρα και επίπονη.

Επομένως, είναι ιδιαίτερα σημαντικό να γίνει καλή δουλειά στην αξιολόγηση της επιλογής πηγής φωτός στο αρχικό στάδιο όταν αξιολογείται το οπτικό σχέδιο. Σήμερα, τα περισσότερα οπτικά σχέδια πραγματοποιούν πρώτα δοκιμές φωτισμού για να καθορίσουν το μέγεθος και το ύψος της πηγής φωτός και στη συνέχεια σχεδιάζουν τα υπόλοιπα εξαρτήματα, κάτι που θα βοηθήσει σημαντικά στην ομαλή εξέλιξη ολόκληρου του έργου στα μετέπειτα στάδια.

II. Περιπτώσεις Επιλογής

Παρακάτω φαίνονται δύο εικόνες που συγκρίνουν τα αποτελέσματα απεικόνισης μεγάλων και μικρών πηγών φωτός: Στο Σχήμα 1 φαίνεται ότι, λόγω της μικρής πηγής φωτός, η κηλίδα φωτός δεν μπορεί να καλύψει το οπτικό πεδίο. Στο Σχήμα 2 φαίνεται ότι το μέγεθος της πηγής φωτός είναι κατάλληλο, μπορεί να καλύψει ολόκληρο το οπτικό πεδίο, με ομοιόμορφο συνολικό αποτέλεσμα και ξεκάθαρα εμφανή χαρακτηριστικά ανίχνευσης.

Πώς μπορούμε να επιλέξουμε μια πηγή φωτός κατάλληλου μεγέθους χωρίς αρχικές δοκιμές φωτισμού; Αφού ληφθούν τα δείγματα δοκιμής, πρέπει να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά ανίχνευσης, να κρίνουμε τον τύπο και το χρώμα της οπτικής διαδρομής της πηγής φωτός και, αφού γίνει αυτή η επιλογή, μπορούμε να καθορίσουμε το απαιτούμενο μέγεθος της πηγής φωτός.

Υπάρχουν κυρίως τρία σημεία που αποτελούν βάση αναφοράς. Το πρώτο σημείο: τρόπος ακτινοβόλησης, υπάρχουν δύο τύποι τρόπων ακτινοβόλησης, ο ένας είναι η ακτινοβόληση από το μπροστινό μέρος και η άλλη η ακτινοβόληση φωτισμού από το κάτω μέρος. Το δεύτερο σημείο: επιλογή φακού, υπάρχουν δύο τύποι φακών, δηλαδή οι φακοί FA και οι τηλεκεντρικοί φακοί. Το τρίτο σημείο: η απόσταση εργασίας και το μέγεθος του οπτικού πεδίου της δομής της πηγής φωτός.

III. Τρόπος Ακτινοβόλησης

Με βάση τον τρόπο ακτινοβόλησης από το μπροστινό μέρος, κρίνουμε αν η επιφάνεια του προϊόντος που εντοπίζεται είναι λεία και ανακλαστική. Η μη ανακλαστική επιφάνεια έχει χαμηλές απαιτήσεις ως προς το μέγεθος της πηγής φωτός και μια πηγή φωτός περίπου ίση με το 1/2 του οπτικού πεδίου είναι επαρκής.

Εστιάζοντας στην ανακλαστική επιφάνεια ως παράδειγμα για να κρίνετε πώς να επιλέξετε το μέγεθος της πηγής φωτός, αρχικά είναι απαραίτητο να εντοπιστούν τα χαρακτηριστικά πάνω στην ανακλαστική επιφάνεια, ενώ η κηλίδα φωτός θα πρέπει να καλύπτει ολόκληρο το οπτικό πεδίο και να δημιουργεί μια ομοιόμορφη εικόνα, κάτι που θα παρέχει καλύτερη αντίθεση.  

Ταυτόχρονα, θα πρέπει να είναι γνωστές τρεις παράμετροι: το μέγεθος του κέντρου στόχου της κάμερας, η απόσταση εργασίας από την κάμερα στην επιφάνεια ανίχνευσης και το μέγεθος της γωνίας θέασης (το μήκος και το πλάτος της γωνίας θέασης αντιστοιχούν στο μήκος και το πλάτος του τσιπ της κάμερας). Δεύτερον, εάν το φακός είναι φακός FA, είναι επίσης απαραίτητο να είναι γνωστή η παράμετρος της γωνίας που σχηματίζεται. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να υπολογιστεί η γωνία προβολής και η γωνία ανάκλασης του φακού της κάμερας, όπως φαίνεται στα παρακάτω σχήματα (Σχήμα 3, Σχήμα 4, Σχήμα 5). Μπορεί να παρατηρηθεί ότι η προβολή και η ανάκλαση σχηματίζουν ένα σχήμα σε μορφή W. Εάν η πηγή φωτός βρίσκεται εκτός της γωνίας προβολής (όπως φαίνεται στο Σχήμα 3), θα υπάρχουν κηλίδες φωτός στη γωνία ανάκλασης. Εάν η πηγή φωτός βρίσκεται στην κρίσιμη θέση της γωνίας ανάκλασης (όπως φαίνεται στο Σχήμα 4), η κηλίδα φωτός θα εμφανιστεί στην άκρη του οπτικού πεδίου απεικόνισης. Μόνο όταν η πηγή φωτός βρίσκεται εκτός της ακμής ανάκλασης (W) (όπως φαίνεται στο Σχήμα 5), μπορεί να επιτευχθεί ένα ομοιόμορφο αποτέλεσμα απεικόνισης.

Το ίδιο ισχύει και για την επαφή του φωτισμού από το κάτω μέρος, ωστόσο δεν υπάρχει ανάγκη να υπολογιστεί η γωνία αντανάκλασης. Όσο πιο μακριά βρίσκεται η πηγή φωτός από την επιφάνεια ανίχνευσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η επεκταμένη απόσταση πλάτους της γωνίας προβολής. Κατά την επιλογή φωτισμού από την πίσω πλευρά για φακό FA, μπορεί να γίνει ο υπολογισμός και η αξιολόγηση με αυτόν τον τρόπο. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

IV. Επιλογή φακού

Οι παραπάνω δύο τρόποι φωτισμού αναφέρονται μόνο στο φακό FA, ενώ τα σχήματα και το κείμενο χρησιμοποιούν τον φακό FA ως παράδειγμα για αναφορά. Υπάρχει όμως και ένας άλλος τύπος φακού που πρέπει να εξηγηθεί, δηλαδή ο συνήθης τηλεκεντρικός φακός. Ο τηλεκεντρικός φακός είναι βασικά τύπου παράλληλης οπτικής διαδρομής, επομένως κατά την επιλογή του μεγέθους της πηγής φωτός με τον τηλεκεντρικό φακό, χρειαζόμαστε απλώς κάτι ελαφρώς μεγαλύτερο από τον πραγματικό οπτικό τομέα. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

V. Απόσταση εργασίας και μέγεθος οπτικού τομέα της δομής πηγής φωτός

Αφού προσδιοριστούν το κέντρο του στόχου της κάμερας και η απόσταση εργασίας, η γωνία του φακού, η απόσταση εργασίας της πηγής φωτός και το οπτικό πεδίο, το μέγεθος της πηγής φωτός μπορεί να προσδιοριστεί μέσω υπολογισμών. Ταυτόχρονα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί λογισμικό, όπως το CAD, για να σχεδιαστούν σχήματα βάσει των παραμέτρων, ώστε να είναι δυνατή η οπτική εποπτεία της θέσης της πηγής φωτός και να καθοριστεί αν το μέγεθος της επιλεγμένης πηγής φωτός είναι κατάλληλο. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Όταν ο φακός είναι ένας συνηθισμένος FA φακός, η σχέση μεταξύ της απόστασης εργασίας της πηγής φωτός (Wd) και του μήκους της επιφανειακής φωτεινής πηγής (L) μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τις ιδιότητες όμοιων τριγώνων:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Όταν ο φακός είναι τηλεκεντρικός φακός, η θέση εγκατάστασης της επιλεγμένης πηγής φωτός πρέπει απλώς να διασφαλίζει ότι  L > FOV.

Vi. συμπεράσματα

Στο σχήμα επιθεώρησης μηχανικής όρασης, η επιλογή της οπτικής πηγής φωτός αποτελεί σημαντικό μέρος. Η σωστή επιλογή του σχήματος πηγής φωτός ευνοεί την ομαλή ολοκλήρωση του συνόλου του οπτικού συστήματος και μια κατάλληλη πηγή φωτός μπορεί να εξοικονομήσει αποτελεσματικά κόστος και χώρο εγκατάστασης του μηχανισμού.