Przewodnik po oświetleniu LED do wizji maszynowej dla systemów zautomatyzowanych

Oświetlenie LED stanowi podstawę niezawodnego zautomatyzowanego maszynowego widzenia — jego szybkość, stabilność oraz spójność widmowa mają bezpośredni wpływ na dokładność inspekcji w produkcji wysokoprędkościowej. Jako globalny dostawca rozwiązań do maszynowego widzenia z 15-letnim doświadczeniem firma HIFLY Technology (Shenzhen) oferuje przemysłowe oświetlenie LED oświetlenie widowiskowe (certyfikowane zgodnie z normą ISO 9001:2015) klientom w ponad 30 krajach, spełniając rygorystyczne wymagania systemów zautomatyzowanych. Poniżej wyjaśniamy, dlaczego diody LED są niezastąpione, jakie są kluczowe techniki oświetlenia oraz jak zoptymalizować je pod kątem konkretnych materiałów.

Dlaczego oświetlenie LED jest niezbędne do niezawodnej pracy źródeł światła w maszynowym widzeniu

Fizyka synchronizacji światła i czujnika w zautomatyzowanej obróbce wysokoprędkościowej

Aby automatyzacja wysokiej prędkości działała poprawnie, synchronizacja między błyskami światła a migotaniem migawki aparatu musi być dokładna na poziomie mikrosekund. Diody elektroluminescencyjne (LED) mogą reagować w ciągu zaledwie 10 mikrosekund lub krócej – znacznie szybciej niż tradycyjne lampy halogenowe lub fluorescencyjne – dzięki czemu przy szybkiej kontroli produktów nie występuje rozmycie ruchu. Wyobraźmy sobie taśmę transportową poruszającą się z prędkością 5 metrów na sekundę. Nawet jednomilisekundowe opóźnienie oświetlenia powoduje zniekształcenie obrazu o 5 mm, co może skutkować błędową klasyfikacją małych elementów elektronicznych. Oświetlenie musi pozostawać stabilne, bez migotania, zapewniając każdorazowo taką samą ilość światła dla każdej klatki obrazu. Jest to szczególnie istotne dla systemów rozpoznawania optycznego znaków (OCR), które muszą odczytywać etykiety na ponad 500 paczkach na minutę. Fabryki półprzewodników, w których defekty mierzy się w nanometrach, polegają na oświetleniu LED zapewniającym zmiany natężenia światła poniżej 0,1 %. Te specyfikacje spełniają wymagania normy ISO 9022-18 oraz obecnie uznawane przez większość producentów za dobre praktyki.

LED vs. halogen vs. fluorescencyjne: czas życia, stabilność i spójność widmowa

Oświetlenie do wizji maszynowej jest w dużej mierze zdominowane przez diody LED, ponieważ mają one dłuższą żywotność, lepszą kontrolę koloru oraz zapewniają stabilność w czasie. Tradycyjne lampy halogenowe tracą około 30% jasności już po zaledwie 1000 godzinach pracy. Również świetlówki nie są znacznie lepsze — ich temperatura barwowa może zmieniać się o nawet 300 K miesięcznie. Przemysłowe diody LED opowiadają jednak zupełnie inną historię. Te wysokiej jakości jednostki zachowują przynajmniej 95% pierwotnej jasności nawet po ponad 50 000 godzinach ciągłej pracy. Taka spójność ma ogromne znaczenie w zastosowaniach, w których kluczowe jest dokładne timingowanie, np. podczas kontroli opakowań pęcherzykowych leków w trakcie produkcji. To, co szczególnie wyróżnia diody LED, to ich zdolność emisji światła o bardzo konkretnych długościach fal. Na przykład dobra dioda LED emituje czerwone światło o długości fali 630 nm z odchyleniem mniejszym niż 2 nm. W porównaniu do tego żarówki halogenowe rozpraszają swoją energię w szerokim zakresie kolorów obejmującym około 40 nm. Ścisłe skupienie koloru w przypadku diod LED pozwala uzyskać znacznie wyraźniejsze obrazy przy wykrywaniu drobnych zadrapań na lśniących powierzchniach metalowych. Producentowie zgłaszają do 20% mniejszą liczbę pominiętych wad po przejściu ze standardowych źródeł światła na te specjalizowane diody LED.

Podstawowe techniki oświetlenia w zastosowaniach świateł do widzenia maszynowego

Skuteczne układy oświetlenia do widzenia maszynowego bezpośrednio decydują o dokładności inspekcji w systemach zautomatyzowanych. Dobór optymalnych technik minimalizuje fałszywe odrzuty, jednocześnie maksymalizując wykrywanie wad na różnorodnych materiałach i powierzchniach o różnych właściwościach odbijających.

Oświetlenie tylne i oświetlenie od strony przedniej: optymalizacja wykrywania krawędzi w zależności od współczynnika odbicia powierzchni

Podświetlanie działa poprzez umieszczenie źródeł światła za obiektami, tworząc wyraźne, kontrastowe sylwetki, które są szczególnie przydatne do pomiaru wymiarów oraz wykrywania otworów. Istnieje także technika oświetlenia jasnego pola, w której światło pada pod małym kątem (około 10–30 stopni) od strony czołowej, dzięki czemu tekstury powierzchni stają się wyraźniejsze. Połączenie obu tych metod wykorzystuje różnice w odbijaniu światła przez różne materiały, zwiększając dokładność wykrywania krawędzi na elementach metalowych o około czterydziesiąt procent w porównaniu do standardowego oświetlenia rozproszonego. To połączenie zmniejsza liczbę błędów pomiarowych podczas precyzyjnej obróbki skrawaniem oraz wspomaga prawidłowe pozycjonowanie części przez roboty.

Oświetlenie ciemnego pola i oświetlenie współosiowe: wykrywanie mikropoary na powierzchniach lustrzanych

Oświetlenie w ciemnym polu działa poprzez odbijanie światła pod kątami mniejszymi niż 30 stopni od niedoskonałości powierzchni, co sprawia, że te drobne zadrapania (mniejsze niż 5 mikronów) stają się widoczne, podczas gdy przy standardowym oświetleniu pozostają całkowicie niewidoczne. Przy oświetleniu współosiowym światło porusza się wzdłuż tej samej ścieżki co oś optyczna obiektywu aparatu, eliminując uciążliwe odbłyski, jakie pojawiają się na lśniących materiałach, takich jak politowane aluminium lub szkło z powłokami ochronnymi. Badanie opublikowane w zeszłym roku w czasopiśmie „Optics Manufacturing” wykazało również ciekawą rzecz: gdy producenci zastosowali obie te metody łącznie, wykryli o 32% więcej zadrapań na powierzchniach metalowych niż wcześniej. Dodatkowo zmniejszyła się liczba fałszywych alarmów wywoływanych przez odbłyski. Obecnie techniki te stały się powszechnie stosowanym standardem w branżach, w których kluczowe znaczenie ma jakość, szczególnie przy kontroli lakierowania karoserii samochodowych oraz weryfikacji komponentów elektronicznych, gdzie nawet najmniejszy defekt może stanowić poważny problem w późniejszym etapie.

Strukturalne oświetlenie laserowe do ekstrakcji profilu 3D w systemach wspomagania robotów

Gdy strukturalne oświetlenie laserowe rzuca na obiekt starannie zmierzone wzory linii, dalszy przebieg zjawiska jest dość zadziwiający. Sposób, w jaki te linie ulegają zniekształceniu, pozwala nam dokładnie określić kształt danego obiektu – aż do poziomu milimetra w przypadku rekonstrukcji trójwymiarowych. Dla robotów próbujących wyjmować części z pojemników, montować elementy lub śledzić szwy spawalnicze ta informacja o głębokości umożliwia natychmiastową korektę ich toru ruchu podczas pracy. Testy w warunkach rzeczywistych wykazują, że takie systemy potrafią powtarzać pomiary z dokładnością do 0,1 mm nawet przy skomplikowanych kształtach. Taka precyzja ma ogromne znaczenie np. w produkcji samolotów, gdzie części muszą idealnie do siebie pasować, czy też przy układaniu ogniw akumulatorowych, gdzie najmniejsze niedoskonałości pozycjonowania szybko się kumulują. Dlaczego światło strukturalne jest tak skuteczne? Otóż w przeciwieństwie do zwykłych kamer 2D, które mają problemy z obiektami nieustawionymi w odpowiedni sposób, ta technika działa niezależnie od orientacji obiektu oraz jego położenia w przestrzeni.

Optymalizacja oświetlenia dostosowanego do konkretnego materiału w celu zwiększenia dokładności oświetlenia w systemach widzenia maszynowego

Rozproszone oświetlenie kopułowe do odczytu kodów OCR przez półprzezroczyste opakowania: eliminacja lustrzanych punktów świetlnych

Przezroczyste opakowania, takie jak butelki plastikowe, matowe słoiki czy małe paski z tabletkami w formie blisterów, stwarzają prawdziwe problemy dla systemów rozpoznawania znaków optycznych (OCR) ze względu na nietypowe odbicia, które zasłaniają kody kreskowe i etykiety. Rozwiązaniem są lampy oświetleniowe w kształcie rozproszonej kopuły, które otaczają obiekty równomiernym, miękkim oświetleniem z wszystkich stron pod odpowiednim kątem. Te lampy kopułowe mają specjalnie zakrzywioną wewnętrzną konstrukcję, która rozprasza światło zamiast pozwalać mu odbijać się bezpośrednio do aparatu. Efekt jest naprawdę imponujący – miękkie oświetlenie wyraźnie uwydatnia drobne wypukłe litery lub grawerunki laserowe, nie przesłaniając ich przy tym. Badania przeprowadzone w branży opakowań wykazały, że stosowanie takich źródeł światła zwiększa wskaźnik skuteczności odczytu o około 40% w porównaniu do standardowych reflektorów. Na szybkich liniach montażowych, gdzie produkty mają kształt okrągły lub są częściowo przezroczyste, producenci wielokrotnie wracają do lamp kopułowych, gdy potrzebują wiarygodnych wyników od swoich systemów wizyjnych.

Gotowi na ulepszenie oświetlenia w swoim zautomatyzowanym systemie?

Szybkość, stabilność i wszechstronność oświetlenia LED czynią je niezastąpionymi w zautomatyzowanej wizji maszynowej — jednak sukces zależy od dobrania odpowiedniego typu diod LED oraz techniki oświetlenia do konkretnego zastosowania. W przypadku przemysłowych rozwiązań oświetlenia LED lub połączenia oświetlenia z komplementarnymi kamerami do wizji maszynowej (jak oferowane przez HIFLY) warto współpracować z dostawcą, który rozumie wyjątkowe wymagania zautomatyzowanych systemów.

15-letnie doświadczenie HIFLY w dziedzinie wizji maszynowej — obejmujące diody LED, kamery oraz zintegrowane rozwiązania — zapewnia dopasowanie do prędkości produkcji, wielkości defektów oraz właściwości materiałów. Skontaktuj się z nami już dziś, aby umówić się na bezpłatną konsultację służącą zoptymalizowaniu Twojego układu oświetleniowego.