Pilih Ukuran Sumber Cahaya Mesin Visi

Teknologi visi mesin merupakan salah satu pilar penting dalam otomasi industri dan manufaktur cerdas modern, yang banyak digunakan dalam bidang inspeksi, navigasi, kontrol kualitas, dan lainnya. Di antaranya, teknologi visi 2D, 2,5D, dan 3D merupakan tiga teknologi inti, masing-masing memiliki karakteristik dan skenario aplikasi yang berbeda.

I. latar belakang

Ketika mengevaluasi skema sumber cahaya visual, penting untuk mempertimbangkan pemesanan ruang yang memadai bagi sumber cahaya visual tersebut.

Selama proses evaluasi, jika pengujian dan verifikasi sumber cahaya tidak dilakukan sebelumnya, ada kemungkinan pada tahap selanjutnya ruang yang telah dipesan sebelumnya terlalu sempit. Artinya, sumber cahaya yang tersedia secara aktual sering kali lebih besar dari ruang yang semula telah dipesan, sehingga berdampak pada proyek. Jika dipilih sumber cahaya berukuran kecil agar sesuai dengan batasan ukuran yang ada, sangat mungkin kualitas pencitraan menjadi buruk dan efek pencahayaan tidak memuaskan akibat ketidaksesuaian sumber cahaya, yang pada akhirnya juga menghambat kemajuan keseluruhan proyek. Pada akhirnya tetap saja perlu memperbaiki ruang pemasangan sesuai dengan ukuran aktual sumber cahaya, dan proses keseluruhan ini memakan waktu dan tenaga.

Oleh karena itu, sangat penting untuk melakukan evaluasi pemilihan sumber cahaya dengan baik pada tahap awal ketika mengevaluasi skema visual. Saat ini, sebagian besar skema visual terlebih dahulu melakukan pengujian pencahayaan untuk menentukan ukuran dan ketinggian sumber cahaya, kemudian merancang bagian-bagian lainnya, yang akan sangat membantu kelancaran pengembangan seluruh proyek pada tahap selanjutnya.

II. Kasus Pemilihan

Berikut adalah dua gambar yang membandingkan efek pencitraan sumber cahaya besar dan kecil: Gambar 1 menunjukkan bahwa karena sumber cahaya terlalu kecil, bintik cahaya tidak dapat menutupi seluruh medan pandang; Gambar 2 menunjukkan bahwa ukuran sumber cahaya sesuai, dapat menutupi seluruh medan pandang dengan efek keseluruhan yang seragam serta fitur deteksi yang jelas.

Bagaimana kita dapat memilih sumber cahaya yang ukurannya sesuai tanpa uji pencahayaan awal? Setelah mendapatkan sampel uji, kita perlu memahami fitur deteksi, menilai jenis jalur optik dan warna sumber cahaya, serta setelah memilih hal-hal tersebut, kita dapat menentukan ukuran sumber cahaya yang diperlukan.

Ada tiga poin utama sebagai dasar referensi. Poin pertama: mode iradiasi, terdapat dua jenis mode iradiasi, yaitu iradiasi dari depan dan iradiasi backlit dari bawah; Poin kedua: pemilihan lensa, terdapat dua jenis lensa, yaitu lensa FA dan lensa telecentric; Poin ketiga: jarak kerja dan ukuran bidang pandang dari struktur sumber cahaya.

III. Mode Iradiasi

Dari mode iradiasi depan, dapat dilihat apakah permukaan produk yang dideteksi halus dan reflektif atau tidak, permukaan non-reflektif memiliki persyaratan rendah terhadap ukuran sumber cahaya, cukup menggunakan sumber cahaya sekitar 1/2 dari bidang pandang.

Fokus pada permukaan reflektif sebagai contoh untuk menentukan cara memilih ukuran sumber cahaya. Pertama-tama, perlu mendeteksi fitur pada permukaan reflektif, dan noda cahaya harus menutupi seluruh medan pandang serta membentuk citra yang seragam, yang akan memberikan kontras yang lebih baik.  

Pada saat yang sama, tiga parameter harus diketahui: ukuran pusat target kamera, jarak kerja dari kamera ke permukaan deteksi, dan ukuran medan pandang (panjang dan lebar medan pandang bersesuaian dengan panjang dan lebar chip kamera). Kedua, jika lensanya adalah lensa FA, parameter sudut yang terbentuk juga perlu diketahui. Dengan demikian, sudut proyeksi dan sudut refleksi lensa kamera dapat diperoleh, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut (Gambar 3, Gambar 4, Gambar 5). Dapat dilihat bahwa proyeksi dan refleksi membentuk gambar berbentuk W. Jika sumber cahaya berada di luar sudut proyeksi (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3), akan ada bintik cahaya dalam sudut refleksi; jika sumber cahaya berada pada posisi kritis sudut refleksi (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4), bintik cahaya akan terlihat di tepi medan pandang pencitraan; hanya ketika sumber cahaya berada di luar tepi refleksi (W) (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5), barulah didapatkan gambar efek pencitraan yang seragam.

Hal yang sama berlaku untuk iradiasi lampu latar bawah, namun tidak perlu menghitung sudut refleksi. Semakin jauh sumber cahaya dari permukaan deteksi, semakin besar pula jarak lebar proyeksi sudutnya. Saat memilih lampu latar untuk lensa FA, hal ini dapat dihitung dan dievaluasi dengan cara tersebut. Seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

IV. Pemilihan Lensa

Dua mode iradiasi di atas hanya menyebutkan lensa FA, dan gambar serta teks juga menggunakan lensa FA sebagai contoh referensi. Lalu ada satu jenis lensa lain yang perlu dijelaskan, yaitu lensa telecentric yang umum digunakan. Lensa telecentric pada dasarnya merupakan tipe optik dengan lintasan cahaya sejajar, sehingga saat memilih ukuran sumber cahaya dengan lensa telecentric, kita hanya perlu memilih yang sedikit lebih besar dari pada bidang pandang aktual. Seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

V. Jarak Kerja dan Ukuran Bidang Pandang Struktur Sumber Cahaya

Setelah mengetahui pusat target kamera dan jarak kerja, sudut lensa, jarak kerja sumber cahaya, serta medan pandang (field of view/FOV), ukuran sumber cahaya dapat ditentukan melalui perhitungan. Pada saat yang sama, perangkat lunak seperti CAD dapat digunakan untuk menggambar grafik sesuai dengan parameter-parameter tersebut, sehingga secara intuitif dapat dilihat di mana noda cahaya (light spot) dari sumber cahaya berada dan dapat ditentukan apakah ukuran sumber cahaya yang dipilih sudah sesuai atau tidak. Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:

Ketika lensa merupakan lensa FA biasa, hubungan antara jarak kerja sumber cahaya (Wd) dan panjang cahaya permukaan (L) dapat diperoleh berdasarkan karakteristik segitiga sebangun:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Ketika lensa merupakan lensa telecentric, posisi pemasangan sumber cahaya yang dipilih hanya perlu memastikan bahwa  L > FOV.

Vi. kesimpulan

Dalam skema inspeksi visi mesin, pemilihan sumber cahaya visual merupakan bagian yang penting. Pemilihan skema sumber cahaya yang tepat membantu kelancaran penyelesaian seluruh sistem visi. Sumber cahaya yang sesuai juga dapat secara efektif menghemat biaya serta ruang pemasangan mekanisme.