मशीन विजन लाइट कंट्रोलर का उपयोग करके एक्सपोज़र को कैसे अनुकूलित करें

एक्सपोज़र अनुकूलन मशीन विज़न लाइट नियंत्रक के साथ क्यों शुरू होता है

कैमरा सेटिंग्स के बस एक हिस्से के बजाय सिस्टम-स्तरीय चर के रूप में एक्सपोज़र

अच्छा प्रकाश समायोजन प्राप्त करना केवल कैमरा सेटिंग्स को समायोजित करने तक ही सीमित नहीं है। यह वास्तव में सभी घटकों के साथ-साथ काम करने के बारे में है, खासकर प्रकाश को नियंत्रित करने के मामले में। मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर चमक के स्तर, लाइट्स के चालू रहने की अवधि और समय समन्वय जैसी चीजों को संभालता है। यह शटर गति और एपर्चर द्वारा अकेले प्रबंधित किए जा सकने वाले से बेहतर कंट्रास्ट उत्पन्न करता है। चमकीली सतहों या कम कंट्रास्ट वाली सामग्री, जैसे पॉलिश किए धातु के भागों के साथ काम करते समय, ठीक प्रकाश व्यवस्था छवि गुणवत्ता में लगभग 70% का अंतर डालती है, जैसा कि IEEE द्वारा 2022 में किए गए कुछ अनुसंधान में बताया गया था। उन तेजी से चलने वाली उत्पादन लाइनों के लिए, झलक (स्ट्रोब्स) और कैमरों को माइक्रोसेकंड के अंशों के भीतर सिंक करना धुंधली छवियों से बचने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। स्मार्ट प्रकाश व्यवस्था प्रणाली मूल रूप से अव्यवस्थित प्रकाश परिस्थितियों को स्थिर छवि परिस्थितियों में बदल देती है, जिसी कारण से यह विनिर्माण प्रक्रियाओं में दोषों का विश्वसनीय तरीके से पता लगाने का आधार बनती है।

एक्सपोज़र बजट त्रिकोण: शटर स्पीड, गेन, और नियंत्रित प्रकाश तीव्रता

सही एक्सपोजर प्राप्त करने का अर्थ है तीन मुख्य कारकों को संतुलित करना: शटर स्पीड, सेंसर गेन सेटिंग्स, और वह प्रकाश जिस पर हम वास्तव में नियंत्रण रख सकते हैं। जब हम तेज़ शटर स्पीड के लिए जाते हैं, तो हम गति धुंधलापन (मोशन ब्लर) की समस्या से छुटकारा पाते हैं, लेकिन इसे काम करने के लिए बहुत अधिक प्रकाश की आवश्यकता होती है। गेन बढ़ाने से चीजें चमकीली हो जाती हैं, लेकिन इससे छवि में शोर (नॉइज़) आता है, जो EMVA 1288 दिशानिर्देशों के तहत किए गए परीक्षणों के अनुसार ISO 1600 के आसपास माप की शुद्धता को काफी नुकसान पहुँचाता है। यहीं पर आधुनिक लाइट कंट्रोलर उपयोगी होते हैं। वे आवश्यकता पड़ने पर तीव्र प्रकाश के छोटे झटके भेजकर इन विरोधाभासी आवश्यकताओं को हल करते हैं। उदाहरण के लिए 100 माइक्रोसेकंड के उन अत्यंत तेज़ एक्सपोज़र को लीजिए। इन्हें नियमित निरंतर प्रकाश व्यवस्था की तुलना में लगभग चार से पाँच गुना अधिक प्रकाश तीव्रता की आवश्यकता होती है। इस दृष्टिकोण से हम गेन को इतना कम रख पाते हैं कि गति संबंधी दोष (आर्टिफैक्ट्स) सक्रिय न हों। परिणाम? जैसे कांच की सतहों या बनावट वाले प्लास्टिक पुर्जों जैसी जटिल सामग्री को कैप्चर करने के लिए अवसरों की बहुत बड़ी सीमा, जहां अत्यधिक गेन गुणवत्ता जांच के दौरान सबसे महत्वपूर्ण छोटे-छोटे विवरणों को धुंधला कर देता है।

प्रकाश डालने के मुख्य मापदंड जो एक्सपोज़र को प्रभावित करते हैं

सटीक समय नियंत्रण: मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर के माध्यम से LED स्ट्रोब और कैमरा ट्रिगर को सिंक्रनाइज़ करना

उप-माइक्रोसेकंड ट्रिगर विलंबता: TTL/NPN/PNP इंटरफ़ेस बेंचमार्क और वास्तविक दुनिया के झिझकने का प्रभाव

उच्च गति समकालन अनुप्रयोगों के लिए, सबमाइक्रोसेकंड ट्रिगर देरी प्राप्त करना अब वैकल्पिक नहीं रह गया है। टीटीएल इंटरफेस अभी भी 200 नैनोसेकंड से कम प्रतिक्रिया समय के लिए सबसे तेज़ हैं, हालांकि उन्हें उपकरणों में सटीक वोल्टेज मिलान की आवश्यकता होती है, जिससे परेशानी हो सकती है। एनपीएन सेटअप हमें लगभग 300 से 500 नैनोसेकंड की देरी देता है, लेकिन वैकल्पिक विकल्पों की तुलना में विद्युत शोर को बेहतर ढंग से संभालता है। पीएनपी विकल्प भी उन समय स्पेक्स को मिलाते हैं, लेकिन उलटे तर्क संकेतों के साथ काम करते हैं जो नए उपयोगकर्ताओं को भ्रमित कर सकते हैं। वास्तविक दुनिया के कारखानों को एक और चुनौती का सामना करना पड़ता है - विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप अक्सर 100 नैनोसेकंड से अधिक समय के उतार-चढ़ाव पैदा करता है। पांच मीटर प्रति सेकंड की गति से चलने वाली कन्वेयर पर यह झिंझोड़ी गति गति धुंधलापन की समस्या के रूप में दिखाई देती है। जब उच्च गति से गुजरने वाले अर्धचालक वेफर या उत्पादन लाइनों पर फार्मास्यूटिकल कैप्सूल जैसी चीजों की स्पष्ट छवियां कैप्चर करने की कोशिश की जाती है, तो यह अस्थिरता गुणवत्ता नियंत्रण दल के लिए एक बड़ी बाधा बन जाती है।

अत्यंत छोटे एक्सपोज़र (<100 µs) के लिए स्ट्रोबिंग रणनीति: ड्यूटी साइकिल, शिखर तीव्रता और फ्लिकररहित संचालन

100 µs से कम एक्सपोज़र के लिए, 1–5% ड्यूटी साइकिल सूक्ष्म-सेकंड के बर्स्ट को नियंत्रित LED ओवरड्राइव के माध्यम से 3.2× तक शिखर तीव्रता लाभ प्रदान करती है—प्रकाश नियंत्रक के निरंतर-धारा विनियमन का उपयोग करके दृश्यमान फ्लिकर के बिना। थर्मल बाधाएँ आवेग अवधि के साथ पूर्वानुमेय रूप से बढ़ती हैं:

फ्लिकररहित संचालन के लिए 5 kHz से अधिक ड्राइविंग आवृत्ति की आवश्यकता होती है—जो आमतौर पर कैमरा एकीकरण समय से काफी अधिक होती है—उच्च-गति बोतलबंदी या PCB निरीक्षण लाइनों में बैंडिंग कृत्रिमता को रोकने के लिए। जंक्शन तापमान 85°C से ऊपर होने पर LED के आयुष्य में प्रति 10°C वृद्धि पर 30% की कमी आती है (Lumileds, 2023), जो थर्मल-जागरूक आवेग रणनीतियों की आवश्यकता को रेखांकित करता है।

सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात बढ़ाना: मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर में ओवरड्राइव और निरंतर-धारा मोड

एलईडी ओवरड्राइव के व्यापार-ऑफ: थर्मल और आयु सीमाओं के मुकाबले 5% ड्यूटी चक्र पर 3.2× तीव्रता लाभ

LEDs को ओवरड्राइव करने का अर्थ है उनकी रेट की तुलना में अधिक धारा के आवेग भेजना, लेकिन केवल बहुत कम समय के लिए। यह तकनीक उन्नत प्रकाश नियंत्रकों का उपयोग करते समय सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात में वृद्धि करने में सहायता करती है। लगभग 5% ड्यूटी साइकिल पर चलाते समय, हम सामान्य स्तर से लगभग 3.2 गुना तीव्रता में वृद्धि प्राप्त कर सकते हैं, जो उन त्वरित निरीक्षण परिदृश्यों में बहुत फर्क डालता है जहाँ हर विवरण मायने रखता है। इसका नुकसान? इससे उत्पन्न ऊष्मा की वास्तविक समस्याएँ होती हैं। IEC 62717 की विश्वसनीयता परीक्षणों के अनुसार, ओवरड्राइव अवधि के दौरान संधि तापमान में 40 डिग्री सेल्सियस तक की वृद्धि हो सकती है, जिससे LEDs का नियमित संचालन की तुलना में लगभग 75% तेजी से क्षरण होता है। इस समस्या से निपटने के लिए, स्थिर धारा मोड काम में आते हैं, जो विस्तारित या लंबे आवेग संचालन के दौरान भी बिना किसी झिलमिलाहट के स्थिर आउटपुट बनाए रखते हैं। इससे छवियाँ स्पष्ट रहती हैं और कई बार चलाने पर भी परिणाम स्थिर रहते हैं। हालाँकि, यहाँ कुछ महत्वपूर्ण बातों पर ध्यान देने की आवश्यकता है:

• शिखर तीव्रता बनाम दीर्घायु : 10% से अधिक ड्यूटी साइकिल के कारण ल्यूमन में अपरिवर्तनीय कमी का जोखिम होता है
• तापीय क्षति न्यूनीकरण : 100 µs से कम के पल्स ऑपरेशन या सक्रिय शीतलन से तापीय असंयम रोका जा सकता है
• आयुष्य अनुकूलन : डेरेटिंग वक्र दर्शाते हैं कि 150°C पर संधि तापमान की तुलना में 85°C पर ल्यूमन में 30% की कमी पाँच गुना धीमी होती है

इनका संतुलन बनाए रखने से दीर्घकालिक प्रणाली विश्वसनीयता को नुकसान पहुँचाए बिना SNR लाभ में स्थायित्व आता है।

प्रदर्शन को बनाए रखना: उच्च-गति मशीन विजन लाइट नियंत्रकों के लिए ताप प्रबंधन और ड्यूटी साइकिल सीमाएँ

संधि तापमान डेरेटिंग वक्र और उपयोग योग्य एक्सपोज़र विंडो स्थिरता पर उनका प्रत्यक्ष प्रभाव

जंक्शन तापमानों के लिए डीरेटिंग वक्र, जो एलईडी निर्माताओं द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, हमें मूल रूप से यह बताते हैं कि विभिन्न तापमानों पर एलईडी के माध्यम से कितनी अधिकतम ड्राइव धारा प्रवाहित की जा सकती है। जब लोग इन दिशानिर्देशों की अनदेखी करते हैं, तो उनके एलईडी तेजी से कमजोर हो जाते हैं और आवृत्ति मोड में चलाने पर ल्यूमेन में 12% से अधिक की झटकेदार भिन्नता आ जाती है। इस तरह की अस्थिरता वास्तव में हमारी उपयोग करने योग्य एक्सपोजर सीमा को कम कर देती है, जो वह संक्षिप्त अवधि है जिसमें प्रकाश पर्याप्त एकरूप रहता है ताकि अच्छी छवि कैप्चर की जा सके। 2021 के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक विश्वसनीयता कंसोर्टियम द्वारा किए गए कुछ शोध के अनुसार, माइक्रोसेकंड एक्सपोजर की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में, तापमान में छोटे परिवर्तन भी तीव्रता की एकरूपता को प्रभावित करते हैं और निरीक्षण त्रुटियों में 18% तक की वृद्धि करते हैं। लंबे उत्पादन काल के दौरान चीजों को सुचारू रूप से चलाए रखने के लिए, ऑपरेटरों को उन डीरेटिंग सीमाओं से नीचे रहना चाहिए। इसका अर्थ है उचित शीतलन प्रणालियों में निवेश करना और ड्यूटी चक्र को कसकर बनाए रखना, आमतौर पर उन उच्च धारा पल्स के लिए 25% से कम रहना।

मैनुअल ट्यूनिंग से सह-डिज़ाइन तक: मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर के साथ स्वचालित एक्सपोज़र–प्रकाश अनुकूलन

एक समय था जब अच्छा एक्सपोज़र प्राप्त करने के लिए रोशनी और कैमरा सेटिंग्स के साथ बहुत सारे प्रयोग और त्रुटि की प्रक्रिया से गुजरना पड़ता था। लोग बार-बार मैनुअल रूप से चीजों में बदलाव करते रहते थे जब तक कि सही सेटिंग नहीं मिल जाती, लेकिन इस तरीके में असंगतताएं भरी होती थीं और थके हुए तकनीशियनों द्वारा गलतियाँ की जाने की संभावना रहती थी। आधुनिक उच्च-स्तरीय प्रणाली पूरी तरह से एक अलग दृष्टिकोण अपनाती हैं। वे सह-डिज़ाइन सिद्धांतों का पालन करती हैं जहां विशेष मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर कैमरों के साथ घनिष्ठ रूप से काम करते हैं। ये कंट्रोलर कैमरे से वास्तविक समय में प्राप्त प्रतिक्रिया के आधार पर रोशनी को स्वचालित रूप से समायोजित करते हैं। अलग-अलग घटकों को अलग से समायोजित करने के बजाय, सब कुछ एक बड़ी तस्वीर के हिस्से के रूप में एक साथ काम करता है। पूरी प्रणाली एक ऐसी चिकनी चल रही मशीन की तरह व्यवहार करती है जो अलग-अलग घटकों के संग्रह की तरह नहीं होती जो अपना-अपना काम करने की कोशिश कर रहे हों।

डिजिटल ट्विन वर्कफ़्लो: ज़ेमैक्स ऑप्टिकस्टूडियो सिमुलेशन का हैल्कॉन एक्सपोज़र मॉडलिंग के साथ एकीकरण

अब इंजीनियर ऑप्टिकल सिमुलेशन टूल्स जैसे ज़ेमैक्स ऑप्टिकस्टूडियो को हैल्कॉन के एक्सपोज़र मॉडलिंग इंजन के साथ जोड़कर दृष्टि प्रणालियों के डिजिटल ट्विन बनाते हैं। यह आभासी वातावरण निम्नलिखित को सक्षम बनाता है:

• प्रकाश व्यवस्था के मापदंडों के प्रतिबिंब गुणवत्ता पर प्रभाव का भविष्यवाणीपूर्ण आकलन—भौतिक प्रोटोटाइपिंग से पहले
• स्ट्रोब टाइमिंग, सामग्री परावर्तकता और सेंसर प्रतिक्रिया के बीच जटिल अंतःक्रियाओं का अनुकरण
• प्रकाश तीव्रता में समायोजन का एआई-संचालित स्वचालन जो निरंतर विपरीतता को अधिकतम करता है

मिनटों में—दिनों के बजाय—सैकड़ों प्रकाश व्यवस्था विन्यासों का मूल्यांकन करके निर्माता तैनाती चक्रों में 40% की कमी करते हैं और महंगी प्रयास-और-त्रुटि पुनरावृत्तियों को खत्म करते हैं। इसके अलावा, डिजिटल ट्विन उत्पादन लाइनों में समग्र रूप से सुसंगत प्रकाश गुणवत्ता सुनिश्चित करता है जिसमें इष्टतम विन्यास को प्रोग्राम द्वारा मशीन विज़न लाइट कंट्रोलर फर्मवेयर में सीधे एम्बेड किया जाता है।