Rodzaje źródeł światła do wizji maszynowej: jak wybrać najlepsze oświetlenie

Wybór odpowiedniego światło widowiskowe oświetlenie stanowi podstawę niezawodnej inspekcji — niewłaściwe oświetlenie prowadzi do pomijania wad, fałszywych odrzuceń oraz obniżenia zwrotu z inwestycji (ROI). Jako globalny dostawca rozwiązań do wizji maszynowej z ponad 15-letnim doświadczeniem firma HIFLY Technology (Shenzhen) oferuje pełną gamę przemysłowych produktów oświetleniowych posiadających certyfikat ISO 9001:2015 i świadcząca usługi dla klientów w ponad 30 krajach. Poniżej omawiamy podstawowe typy świateł do wizji maszynowej, kluczowe kryteria ich doboru oraz przykłady zastosowań w praktyce, aby wspomóc Państwa decyzje zakupowe.

Podstawowe typy świateł do wizji maszynowej oraz ich funkcje optyczne

Światła typu bar, pierścieniowe i płaskie: geometria, zasięg oświetlenia oraz podkreślanie krawędzi

Światła typu bar emitują skoncentrowane światło, które doskonale sprawdza się przy wykrywaniu wad w postaci prostych linii oraz podkreślaniu krawędzi podczas inspekcji na taśmociągach. Światła pierścieniowe umieszczone są wokół obiektywów w kształcie okręgu, zapewniając jednolite oświetlenie czołowe, co redukuje cienie przy badaniu przedmiotów o kształcie okrągłym i ułatwia wykrywanie drobnych elementów. Światła w postaci płaskich paneli rozprowadzają światło równomiernie po powierzchni, co zmniejsza odblaski na lśniących komponentach elektronicznych oraz zwiększa szansę wykrycia wad powierzchniowych, takich jak zadrapania. Niedawna studia inżynierów optyków z 2024 roku wykazała, że zastosowanie tych specjalnie ukształtowanych źródeł światła zwiększyło skuteczność widoczności krawędzi o około 28% w porównaniu do standardowych warunków oświetleniowych. Taki wzrost jest szczególnie istotny w procesach kontroli jakości, gdzie pominięcie szczegółów może wiązać się z dużymi stratami finansowymi dla firm.

Światła tylne, liniowe i kopułowe: rozwiązania dla materiałów przeźroczystych, obiektów o kształtach 3D oraz powierzchni lustrzanych

Podczas pracy z przezroczystymi lub półprzezroczystymi materiałami, takimi jak szklane fiolki, podświetlenie tylne ułatwia wyróżnienie zawartości. Pozwala ono dostrzec drobne pęcherzyki oraz różnice w grubości ścianek, które mają kluczowe znaczenie dla kontroli jakości w produkcji leków. Istnieją również generatory linii, które emitują wzory laserowe na powierzchniach. Ich zadaniem jest właściwie wykonanie mapowania trójwymiarowy kształty, które pomagają technikom sprawdzać szwy spawalnicze i dokonywać dokładnych pomiarów wymiarów. W przypadku lśniących powierzchni, gdzie odbłyski mogą stanowić problem, stosuje się oświetlenie kopułkowe. To specjalne oświetlenie rozprasza światło z wielu kątów, zapewniając jednolite oświetlenie bez cieni. Ma to kluczowe znaczenie przy wykrywaniu mikroskopijnych zadrapań na polerowanych metalach lub powłokach karoserii samochodowych, które wyglądają świetnie, ale mogą ukrywać niedoskonałości. Niektóre testy przeprowadzone w fabrykach półprzewodników ujawniły również ciekawą rzecz: przy stosowaniu spolaryzowanego oświetlenia kopułkowego podczas inspekcji lustrzanych powierzchni płytek krzemowych producenci zaobserwowali około 19-procentowy spadek liczby fałszywych odrzuceń. Nie jest to zły wynik, jeśli chodzi o poprawę wydajności przy jednoczesnym zachowaniu wysokich standardów.

Kluczowe kryteria wyboru oświetlenia do systemów widzenia maszynowego

Kąt, położenie i rozpraszanie: kontrola kontrastu, cieni oraz widoczności cech

Sposób, w jaki światło pada na przedmiot, może całkowicie zmienić możliwość wyraźnego dostrzeżenia szczegółów lub ich całkowitego przegapienia. Gdy mówimy o oświetleniu frontalnym, to właśnie ono sprawia, że drobne wady – takie jak rysy – stają się bardziej widoczne na powierzchniach metalowych. Oświetlenie boczne pod kątem od 30 do 45 stopni z kolei lepiej podkreśla tekstury, dlatego tak dobrze sprawdza się w procesach inspekcji lutowania płytek PCB. Światło rozproszone pozwala przekształcić uciążliwe plamy odbłysku w przydatne informacje. Światełka kopułkowe działają doskonale przy trudnych, zakrzywionych elementach samochodowych, gdzie jasne plamy zwykle psułyby całą inspekcję, zapewniając – według raportów większości specjalistów z branży – poprawę dokładności pomiarów o około procent. Umieszczenie źródeł światła w odpowiednim miejscu redukuje problemy z cieniami, które prowadzą do niepoprawnych odrzuceń. W przypadku płaskich obiektów światełka współosiowe radzą sobie bardzo dobrze. Oświetlenie tylne tworzy wyraźne kontury, które ułatwiają dokładne pomiary wymiarów. Jednak błędne dobranie rozproszenia światła w dowolnym z tych przypadków skutkuje koniecznością dodatkowego czasu na usuwanie problemów wynikających z nieodpowiednich warunków oświetlenia – czasem marnując aż jedną czwartą całkowitych nakładów czasowych na przetwarzanie.

Wybór długości fali (UV–widzialne–IR): zwiększanie kontrastu specyficznego dla materiału oraz zgodności z przepisami

To, jak różne materiały reagują na światło, decyduje o tym, które długości fali są najskuteczniejsze w zadaniach inspekcyjnych. Na przykład światło UV o długości fali 365 nanometrów pozwala wykryć uciążliwe zanieczyszczenia, takie jak pozostałości kleju na sprzęcie medycznym. przykład, światło podczerwone o długości fali ok. 850 nm przenika warstwy opakowań, umożliwiając kontrolę zawartości produktów spożywczych bez konieczności ich otwierania. W międzyczasie, w przypadku barw światła widzialnego niektóre odcienie zapewniają lepszy kontrast wobec wad. Światło niebieskie o długości fali ok. 470 nm wyraźnie uwypukla pomarańczowe wady na płytkach półprzewodnikowych, co poprawia naszą zdolność do wykrywania usterek w porównaniu do standardowego oświetlenia białego. Producentom należy przestrzegać norm IEC 62,471wskazówki dotyczące bezpieczeństwa związane z ochroną oczu podczas pracy ze światłem podczerwonym (IR) na ich liniach produkcyjnych. Rolnicy i pracownicy zajmujący się pakowaniem korzystają również z technologii bliskiej podczerwieni, ponieważ pozwala ona wykrywać obrażenia owoców i warzyw, których nie można dostrzec gołym okiem. Niektóre materiały są jednak wrażliwe na ciepło, zwłaszcza różne rodzaje folii plastikowych, dlatego staranna kontrola ekspozycji na promieniowanie UV i IR staje się niezbędna podczas kontroli jakości, aby uniknąć uszkodzenia obiektów, które chcemy sprawdzić.

Jak oświetlenie wpływa bezpośrednio na dokładność wykrywania i zwrot z inwestycji (ROI)

Ilościowa ocena poprawy jakości obrazu: stosunek kontrastu, stosunek sygnału do szumu (SNR) oraz wzrost skuteczności wykrywania wad

Optymalne oświetlenie do wizji maszynowej poprawia podstawowe parametry obrazowania:

• Współczynnik kontrastu wzrasta o 30–60% przy oświetleniu kierunkowym, dzięki czemu mikropęknięcia i drobne nieregularności powierzchni wyraźnie odznaczają się na tle tła.
• Stosunek sygnału do hałasu (snr) poprawia się o 15 dB przy jednorodnym oświetleniu, zmniejszając ziarnistość obrazu podczas szybkich inspekcji.
• Wzrost skuteczności wykrywania wad osiąga 40% w walidacji części samochodowych przy jednoczesnym wykorzystaniu podświetlenia i obrazowania wieloosiowego. Wyższy kontrast oraz stosunek sygnału do szumu (SNR) umożliwiają algorytmom wykrywanie anomalii o rozmiarach mniejszych niż milimetr, co przewyższa możliwości ludzkiego wzroku.

Koszty niewłaściwego oświetlenia: fałszywe odrzucenia, prace korekcyjne i przestoje systemu (dane AIA z 2023 r.)

Niewystarczające oświetlenie powoduje łańcuchowe awarie operacyjne:

• Fałszywe odrzucenia wzrastają o 22% przy niestabilnych długościach fal, co prowadzi do niepotrzebnego usuwania sprawnych komponentów.
• Koszty przeróbki stanowią 18% budżetów produkcyjnych, gdy poświata zakrywa wady szwów spawanych.
• Przestoje Systemu średnio wynoszą 15 000 USD/godz. podczas ponownej kalibracji – najczęściej z powodu dryfu termicznego w układach diod LED (AIA 2023). Łącznie błędy te zmniejszają zwrot z inwestycji (ROI) o 34% w 200 przebadanych zakładach produkcyjnych. Proaktywna optymalizacja oświetlenia pozwala zapobiec stratom szacowanym na 740 000 USD rocznie w przypadku masowej montażu urządzeń elektronicznych.

Rzeczywiste wskaźniki zastosowań: dopasowanie oświetlenia do potrzeb maszyn widzenia w przemyśle

Rzeczywista wartość układów optycznych staje się widoczna przy analizie konkretnych wyników uzyskanych w poszczególnych branżach, gdzie dostosowane oświetlenie rozwiązuje unikalne problemy inspekcyjne. Weźmy na przykład zakłady motocyklowe i samochodowe. Oświetlenie kopułkowe pozwala pozbyć się uciążliwych odbić na zakrzywionych elementach, umożliwiając pracownikom prawidłową kontrolę szwów spawalniczych. Badania wykazują, że ta metoda wykrywa wady o około 40% skuteczniej niż standardowe oświetlenie warsztatowe podczas kontroli jakości. W produkcji elektroniki stosuje się specjalne oświetlenie współosiowe emitujące niebieskie światło o długości fali 470 nm, aby wykrywać mikroskopijne połączenia lutowane na płytach obwodów drukowanych. Ta technika zmniejsza liczbę fałszywych alarmów o około 32%, co potwierdzili najnowsze testy przemysłowe z ubiegłego roku. Nie należy również zapominać o zakładach przetwórstwa spożywczego. W tych obiektach montuje się przemysłowe oświetlenie tylne klasy IP69K z dodatkowymi funkcjami UV, służące do wykrywania wszelkich niepożądanych obiektów w przezroczystych opakowaniach, jednocześnie spełniając surowe wymagania regulacyjne dotyczące higieny.

Gdy chodzi o systemy weryfikacji opakowań, zwrot z inwestycji staje się dość oczywisty, jeśli przyjrzymy się optymalizacji oświetlenia. Kierunkowe lampy prętowe rzeczywiście znacząco poprawiają czytelność rozpoznawania optycznego znaków (OCR) na trudnych powierzchniach, takich jak pomarszczone etykiety lub błyszczące folie metaliczne. Te specjalistyczne źródła światła osiągają współczynnik pierwszego prawidłowego odczytu na poziomie ok. 99,7% w procesach serializacji farmaceutycznej, w porównaniu do zaledwie 85–90% przy użyciu standardowych układów oświetleniowych. W branży produkcji tekstylnej firmy zgłaszają przyspieszenie kontroli jakości o około 27% dzięki wielokątowym macierzom LED, które rzeczywiście wykrywają wady tkanych materiałów, które w normalnych warunkach oświetlenia warsztatowego pozostawałyby niezauważone. Zapoznaj się z danymi liczbowymi w poniższej tabeli przedstawiającymi te poprawy w różnych sektorach przemysłu.

Te wskaźniki potwierdzają, że dobór oświetlenia opartego na świetle strukturalnym – a nie po prostu maksymalna jasność – zapewnia mierzalne poprawy dokładności pomiarów oraz uwzględnia ramy regulacyjne obowiązujące w poszczególnych sektorach. Optymalna konfiguracja oświetlenia do systemów widzenia maszynowego wynika z mierzalnych wymagań dotyczących wzmocnienia cech charakterystycznych, a nie z ogólnych specyfikacji, co dowodzi, że optyka dostosowana do konkretnej aplikacji zwiększa wiarygodność kontroli.

Gotowi zoptymalizować swoje oświetlenie do systemów widzenia maszynowego?

Poprawne oświetlenie do systemów widzenia maszynowego przekształca kontrolę jakości z pozycji generującej koszty w przewagę konkurencyjną – kluczem do sukcesu jest dopasowanie typu światła, kąta padania i długości fali do materiału, zadania oraz środowiska pracy. W celu uzyskania spersonalizowanych wskazówek lub dostępu do rozwiązań oświetleniowych przeznaczonych do zastosowań przemysłowych (w tym opcji o określonej długości fali oraz odpornych na warunki ekstremalne) należy współpracować z dostawcą posiadającym sprawdzone doświadczenie branżowe.

HIFLY 15 lat doświadczenia w zakresie widzenia maszynowego — od oświetlenia po kamery i zintegrowane systemy — zapewnia niezawodne i zgodne z przepisami rozwiązania, które maksymalizują dokładność i zwrot z inwestycji (ROI). Skontaktuj się z nami już dziś, aby umówić bezpłatną konsultację pozwalającą zoptymalizować ustawienia oświetlenia.