Seleccione El Tamaño De La Luz De Visión Por Máquina

La tecnología de visión artificial es un pilar importante de la automatización industrial y la fabricación inteligente modernas, utilizada ampliamente en inspección, navegación, control de calidad y otros campos. Entre ellas, las tecnologías de visión 2D, 2.5D y 3D son tres tecnologías clave, cada una con características diferentes y escenarios de aplicación.

I. antecedentes

Al evaluar un esquema de fuente de luz visual, es una consideración importante reservar un espacio adecuado para la fuente de luz visual.

Durante la evaluación, si las pruebas y verificaciones de la fuente de luz no se realizan con anticipación, podría surgir un problema en la etapa posterior, en el que el espacio reservado sea demasiado pequeño. Es decir, la fuente de luz realmente disponible suele ser más grande que el espacio originalmente reservado, afectando así al proyecto; si se adopta una fuente de luz instalable de pequeño tamaño para cumplir con el requisito dimensional, es muy probable que la calidad de imagen sea deficiente y el efecto de irradiación no sea satisfactorio debido a la incompatibilidad de la fuente de luz, afectando con ello el avance del proyecto completo. Al final, aún será necesario modificar el espacio de instalación según el tamaño real de la fuente de luz, y todo este proceso consume mucho tiempo y esfuerzo.

Por lo tanto, es especialmente importante hacer un buen trabajo en la evaluación de la selección de fuentes de luz en la etapa inicial al evaluar el esquema visual. En la actualidad, la mayoría de los esquemas visuales realizan primero pruebas de iluminación para determinar el tamaño y la altura de la fuente de luz, y luego diseñan las demás partes, lo cual será de gran ayuda para el desarrollo fluido de todo el proyecto en las etapas posteriores.

II. Casos de Selección

A continuación se muestran dos imágenes que comparan los efectos de imagen de fuentes de luz grandes y pequeñas: La Figura 1 muestra que debido a la fuente de luz pequeña, el punto de luz no puede cubrir todo el campo de visión; La Figura 2 muestra que el tamaño de la fuente de luz es adecuado, pudiendo cubrir todo el campo de visión, con un efecto general uniforme y características de detección evidentes.

¿Cómo podemos seleccionar una fuente de luz de tamaño adecuado sin realizar pruebas iniciales de iluminación? Una vez obtenidas las muestras de prueba, necesitamos comprender las características de detección, determinar el tipo de trayectoria óptica y el color de la fuente de luz, y tras seleccionar estos aspectos, podremos evaluar el tamaño requerido de la fuente de luz.

Existen principalmente tres puntos que sirven como base de referencia. Primer punto: modo de irradiación, hay dos tipos de modos de irradiación, uno es la irradiación frontal y la otra es la irradiación por luz de fondo inferior. Segundo punto: selección del lente, hay dos tipos de lentes, a saber, lente FA y lente telecéntrico. Tercer punto: distancia de trabajo y tamaño del campo de visión de la estructura de la fuente de luz.

III. Modo de Irradiación

Desde el modo de irradiación frontal se evalúa si la superficie del producto a detectar es lisa y reflectante; las superficies no reflectantes tienen requisitos bajos sobre el tamaño de la fuente de luz, y una fuente de luz de aproximadamente 1/2 del campo de visión es suficiente.

Centrándose en la superficie reflectante como ejemplo para determinar cómo seleccionar el tamaño de la fuente de luz, en primer lugar, es necesario detectar las características en la superficie reflectante, y el punto luminoso debe cubrir todo el campo de visión y formar una imagen uniforme, lo cual proporcionará un mejor contraste.  

Al mismo tiempo, se deben conocer tres parámetros: el tamaño del centro objetivo de la cámara, la distancia de trabajo desde la cámara hasta la superficie de detección y el tamaño del campo de visión (la longitud y el ancho del campo de visión corresponden a la longitud y el ancho del sensor de la cámara). En segundo lugar, si el lente es un lente FA, también es necesario conocer el parámetro del ángulo incluido. De esta manera, se pueden obtener el ángulo de proyección y el ángulo de reflexión del lente de la cámara, como se muestra en las siguientes figuras (Figura 3, Figura 4, Figura 5). Se puede observar que la proyección y la reflexión forman una figura en forma de W. Si la fuente de luz está fuera del ángulo de proyección (como se muestra en la Figura 3), habrá manchas de luz en el ángulo de reflexión; si la fuente de luz está en la posición crítica del ángulo de reflexión (como se muestra en la Figura 4), la mancha de luz aparecerá en el borde del campo de visión de la imagen; solo cuando la fuente de luz está fuera del borde de reflexión (W) (como se muestra en la Figura 5) se podrá obtener un efecto de imagen uniforme.

Lo mismo se aplica a la iluminación posterior inferior, pero no es necesario calcular el ángulo de reflexión. Cuanto más lejos esté la fuente de luz de la superficie de detección, mayor será la distancia de extensión del ángulo de proyección. Al seleccionar una iluminación posterior para lentes FA, se puede calcular y evaluar de esta manera. Como se muestra en la siguiente figura:

IV. Selección de Lentes

Los dos modos de iluminación anteriores solo mencionan el lente FA, y las imágenes y textos también toman el lente FA como ejemplo con fines de referencia. Existe otro tipo de lente que necesita explicarse, es decir, el lente telecéntrico comúnmente utilizado. El lente telecéntrico es básicamente de tipo de trayectoria óptica paralela, por lo tanto, al seleccionar el tamaño de la fuente de luz con un lente telecéntrico, solo necesitamos que sea ligeramente mayor que el campo de visión real. Como se muestra en la siguiente figura:

V. Distancia de Trabajo y Tamaño del Campo de Visión de la Estructura de la Fuente de Luz

Después de conocer el centro del objetivo de la cámara y la distancia de trabajo, el ángulo del lente, la distancia de trabajo de la fuente de luz y el campo de visión, se puede determinar el tamaño de la fuente de luz mediante cálculos. Al mismo tiempo, se puede utilizar software como CAD para dibujar gráficos según los parámetros, con el fin de visualizar intuitivamente la ubicación del punto luminoso de la fuente de luz y determinar si el tamaño de la fuente de luz seleccionada es adecuado. Como se muestra en la siguiente figura:

Cuando el lente es un lente FA ordinario, la relación entre la distancia de trabajo de la fuente de luz (Wd) y la longitud de la luz superficial (L) se puede obtener a partir de las características de triángulos semejantes:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Cuando el lente es un lente telecéntrico, la posición de instalación de la fuente de luz seleccionada solo necesita garantizar que  L > FOV.

VI. Conclusion

En el esquema de inspección por visión artificial, la selección de la fuente de luz visual es una parte importante. La correcta selección del esquema de iluminación favorece el correcto funcionamiento del sistema de visión completo, y una fuente de luz adecuada puede ahorrar eficazmente costos y espacio de instalación del mecanismo.