Selecteer de grootte van machine vision light

Machinevisietechnologie is een belangrijke pijler van moderne industriële automatisering en slimme productie, veel gebruikt in inspectie, navigatie, kwaliteitscontrole en andere toepassingsgebieden. Daarbinnen zijn 2D-, 2,5D- en 3D-visietechnologieën drie kern technologieën, elk met verschillende kenmerken en toepasselijke scenario's.

I. achtergrond

Bij het beoordelen van een schema voor een visuele lichtbron is het belangrijk om een geschikte ruimte voor de visuele lichtbron te reserveren.

Tijdens de evaluatie kan er een probleem ontstaan als de test en verificatie van de lichtbron niet op voorhand worden uitgevoerd, namelijk dat de gereserveerde ruimte in een later stadium te klein is. Het daadwerkelijk beschikbare licht is immers vaak groter dan de oorspronkelijk gereserveerde ruimte, waardoor het project wordt beïnvloed; als een kleine installeerbare lichtbron wordt gebruikt om aan de afmetingen te voldoen, is het echter waarschijnlijk dat de beeldkwaliteit slecht is en het bestralingseffect onbevredigend vanwege de ongeschikte lichtbron, waardoor de voortgang van het hele project wordt beïnvloed. Uiteindelijk moet de installatieruimte alsnog worden aangepast aan de daadwerkelijke afmetingen van de lichtbron, waardoor het hele proces tijdrovend en arbeidsintensief wordt.

Daarom is het van groot belang om in een vroeg stadium een goede beoordeling uit te voeren bij de keuze van de lichtbron bij het beoordelen van het visuele ontwerp. Momenteel voeren de meeste visuele ontwerpen eerst verlichtingstests uit om de afmetingen en hoogte van de lichtbron te bepalen, waarna de andere onderdelen worden ontworpen. Dit zal van groot nut zijn voor een vlotte voortgang van het hele project in een later stadium.

II. Selectievoorbeelden

Hieronder volgen twee afbeeldingen die het beeldvormend effect van grote en kleine lichtbronnen met elkaar vergelijken: Afbeelding 1 toont dat het lichtvlekje door de kleine lichtbron het gezichtsveld niet volledig kan bedekken; Afbeelding 2 toont dat de afmetingen van de lichtbron geschikt zijn, waardoor het volledige gezichtsveld kan worden gedekt, met een uniforme algehele effect en duidelijke detectiekenmerken.

Hoe kunnen we een lichtbron van de juiste grootte selecteren zonder initieel lichttesten? Nadat we de testmonsters hebben verkregen, moeten we de detectiekenmerken begrijpen, het lichtpadtype en de kleur van de lichtbron beoordelen en na het selecteren van deze aspecten, kunnen we de benodigde grootte van de lichtbron bepalen.

Er zijn hoofdzakelijk drie punten als referentiebasis. Het eerste punt: bestralingswijze, er zijn twee soorten bestralingswijzen, namelijk frontale bestraling en achtergrondverlichting van onderaf; Het tweede punt: lensselectie, er zijn twee typen lenzen, namelijk FA-lens en telecentrische lens; Het derde punt: de werkafstand en het gezichtsveld van de lichtbronstructuur.

III. Bestralingswijze

Bij beoordeling aan de hand van de frontale bestralingswijze, of het oppervlak van het te inspecteren product glad en reflecterend is, heeft een niet-reflecterend oppervlak lage eisen qua grootte van de lichtbron, en is een lichtbron van ongeveer 1/2 van het gezichtsveld voldoende.

Het richten op het reflecterende oppervlak als voorbeeld om te beoordelen hoe de grootte van de lichtbron gekozen dient te worden. Allereerst is het noodzakelijk om de kenmerken op het reflecterende oppervlak te detecteren, en de lichtvlek moet het volledige gezichtsveld bedekken en een uniform beeld vormen, wat een betere contrast zal opleveren.  

Tegelijkertijd moeten drie parameters bekend zijn: de afmeting van het midden van het camerabeeld, de werkafstand van de camera tot het detectievlak en de afmeting van het gezichtsveld (de lengte en breedte van het gezichtsveld komen overeen met de lengte en breedte van de camera-chip). Ten tweede, als de lens een FA-lens is, moet ook de hoekparameter bekend zijn. Op deze manier kunnen de projectiehoek en reflectiehoek van de camera-lens worden bepaald, zoals weergegeven in de onderstaande figuren (Figuur 3, Figuur 4, Figuur 5). Uit de figuren is te zien dat projectie en reflectie een W-vormig figuur vormen. Als de lichtbron zich buiten de projectiehoek bevindt (zoals weergegeven in Figuur 3), zullen er lichtvlekken in de reflectiehoek zijn; Als de lichtbron zich op de kritieke positie van de reflectiehoek bevindt (zoals weergegeven in Figuur 4), zal de lichtvlek zich aan de rand van het beeldveld bevinden; Alleen wanneer de lichtbron zich buiten de reflectierand (W) bevindt (zoals weergegeven in Figuur 5), kan er een uniforme beeldvorming worden verkregen.

Dit geldt ook voor de onderste achtergrondverlichting, maar er is geen berekening van de reflectiehoek nodig. Hoe verder de lichtbron van het detectievlak verwijderd is, hoe groter de uitgebreide breedteafstand van de projectiehoek. Bij het kiezen van achtergrondverlichting voor een FA-lens kan men dit op deze manier berekenen en beoordelen. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:

IV. Lensselectie

De bovenstaande twee verlichtingsmodi verwijzen alleen naar de FA-lens, en de afbeeldingen en teksten gebruiken eveneens de FA-lens als voorbeeld ter referentie. Er is echter nog een ander type lens dat moet worden toegelicht, namelijk de veelgebruikte telecentrische lens. De telecentrische lens is vrijwel van het type met parallelle optische paden, dus bij het kiezen van de grootte van de lichtbron in combinatie met een telecentrische lens hoeft men alleen iets groter te zijn dan het daadwerkelijke gezichtsveld. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:

V. Werkafstand en veldgrootte van de lichtbronstructuur

Nadat het cameracentrum en de werkafstand, de hoek van de lens, de werkafstand van de lichtbron en het gezichtsveld bekend zijn, kan de grootte van de lichtbron worden berekend. Tegelijkertijd kan software zoals CAD worden gebruikt om tekeningen te maken op basis van de parameters, zodat men visueel kan zien waar de lichtvlek van de lichtbron zich bevindt en of de gekozen lichtbron een geschikte grootte heeft. Zoals te zien is in de onderstaande afbeelding:

Wanneer de lens een gewone FA-lens is, kan het verband tussen de werkafstand Wd van de lichtbron en de lengte L van de oppervlakteverlichting worden afgeleid uit de eigenschappen van gelijkvormige driehoeken:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Wanneer de lens een telecentrische lens is, hoeft de installatiepositie van de geselecteerde lichtbron alleen te garanderen dat  L > FOV.

Vi. conclusie

In het machinevisie-inspectieschema is de keuze van de visuele lichtbron een belangrijk onderdeel. De correcte keuze van het lichtbronneschema draagt bij aan de vloeiende uitvoering van het gehele visiesysteem, en een geschikte lichtbron kan effectief de kosten en installatieruimte van het mechanisme besparen.