Wybierz rozmiar źródła światła wizyjnego

Technologia wizji maszynowej jest ważnym filarem współczesnej automatyki przemysłowej i inteligentnej produkcji, szeroko stosowaną w dziedzinach takich jak inspekcja, nawigacja, kontrola jakości i inne. Wśród nich wizja 2D, 2,5D i 3D to trzy podstawowe technologie, z których każda ma inne właściwości i zastosowania.

I. tło

Oceniając schemat źródła światła wizyjnego, należy wziąć pod uwagę odpowiednie zarezerwowanie przestrzeni na źródło światła wizyjnego.

Podczas oceny, jeśli testy i weryfikacja źródła światła nie zostaną wykonane z wyprzedzeniem, może pojawić się problem zbyt małej przestrzeni zarezerwowanej na późniejszym etapie. Często zdarza się, że rzeczywiście dostępne źródło światła jest większe niż pierwotnie zaplanowana przestrzeń, co wpływa na projekt. Jeśli zostanie wybrane małe, instalowane źródło światła, by spełnić wymagania rozmiarowe, istnieje duże prawdopodobieństwo, że jakość obrazowania będzie słaba, a efekt oświetlenia niezadowalający z powodu niezgodności źródła światła, co z kolei wpłynie na postęp całego projektu. Ostatecznie konieczne staje się zmodyfikowanie przestrzeni instalacyjnej zgodnie z rzeczywistym rozmiarem źródła światła, a cały proces wiąże się z dużym nakładem czasu i pracy.

Dlatego tak ważne jest dobrze przeprowadzić ocenę wyboru źródła światła na etapie wczesnym przy ocenie wizualnego schematu. Obecnie większość schematów wizualnych przeprowadza najpierw testy oświetleniowe, aby określić rozmiar i wysokość źródła światła, a następnie projektuje pozostałe elementy, co znacznie ułatwi skuteczny rozwój całego projektu na późniejszych etapach.

II. Przykłady wyboru

Poniżej znajdują się dwa obrazy porównujące efekty obrazowania dużego i małego źródła światła: Rysunek 1 pokazuje, że ze względu na małe źródło światła, plama świetlna nie może pokryć całego pola widzenia; Rysunek 2 pokazuje, że rozmiar źródła światła jest odpowiedni, umożliwia pokrycie całego pola widzenia, równomierny ogólny efekt oraz wyraźne cechy wykrywalności.

Jak można wybrać źródło światła o odpowiednich rozmiarach bez przeprowadzania wstępnych testów oświetlenia? Po uzyskaniu próbek testowych należy zrozumieć cechy wykrywania, określić typ ścieżki optycznej i kolor źródła światła, a po dokonaniu wyboru tych elementów można określić wymagane rozmiary źródła światła.

Istnieją głównie trzy punkty stanowiące podstawę do odniesienia. Pierwszy punkt: tryb oświetlenia, istnieją dwa typy trybów oświetlenia, jeden to oświetlenie czołowe, drugi to oświetlenie podświetlenia z dołu; Drugi punkt: dobór obiektywu, istnieją dwa typy obiektywów, mianowicie obiektyw FA i obiektyw telecentryczny; Trzeci punkt: odległość robocza i rozmiar pola widzenia konstrukcji źródła światła.

III. Tryb oświetlenia

Ocenzuruj tryb oświetlenia czołowego, czy powierzchnia wyrobu do wykrycia jest gładka i odbijająca światło, powierzchnia nieodbijająca ma niskie wymagania dotyczące rozmiaru źródła światła, a źródło światła o wielkości około 1/2 pola widzenia jest wystarczające.

Skupiając się na powierzchni odbijającej jako przykładzie do oceny sposobu doboru wielkości źródła światła, przede wszystkim konieczne jest wykrycie szczegółów na tej powierzchni, a plamka świetlna powinna pokrywać cały obszar widzenia i tworzyć jednorodny obraz, co zapewni lepszy kontrast.  

W tym samym czasie należy znać trzy parametry: wielkość środka obrazu kamery, odległość roboczą od kamery do powierzchni detekcji oraz wielkość pola widzenia (długość i szerokość pola widzenia odpowiadają długości i szerokości chipu kamery). Po drugie, jeśli obiektyw jest obiektywem typu FA, konieczna jest również znajomość parametru kąta rozwarcia. Dzięki temu można uzyskać kąt projekcji i kąt odbicia obiektywu kamery, jak pokazano na poniższych rysunkach (Rysunek 3, Rysunek 4, Rysunek 5). Można zauważyć, że projekcja i odbicie tworzą figurę w kształcie litery W. Jeśli źródło światła znajduje się poza kątem projekcji (jak na Rysunku 3), to na kącie odbicia pojawią się plamy świetlne; jeśli źródło światła znajduje się w krytycznej pozycji kąta odbicia (jak na Rysunku 4), plama świetlna będzie widoczna na krawędzi pola widzenia obrazu; dopiero wtedy, gdy źródło światła znajduje się poza krawędzią odbicia (W) (jak na Rysunku 5), można uzyskać jednolity efekt obrazowania.

To samo dotyczy oświetlenia dolnego z promieniowaniem, jednak nie ma potrzeby obliczania kąta odbicia. Im dalej źródło światła znajduje się od powierzchni detekcji, tym większa jest rozszerzona odległość szerokościowa kąta projekcji. Dobierając oświetlenie wspomagające do obiektywu FA, można dokonać obliczeń i oceny w taki właśnie sposób. Jak pokazano na poniższym rysunku:

IV. Dobór obiektywu

Dwa powyższe sposoby oświetlenia wspominały jedynie o obiektywie FA, a także obrazki i tekst przyjmują obiektyw FA jako przykład do odniesienia. Istnieje jednak jeszcze jeden rodzaj obiektywu, który wymaga wyjaśnienia, czyli powszechnie stosowany obiektyw telecentryczny. Obiektyw telecentryczny jest zasadniczo typu optyki równoległej, dlatego dobierając rozmiar źródła światła w połączeniu z obiektywem telecentrycznym, wystarczy, aby był on nieco większy niż rzeczywiste pole widzenia. Jak pokazano na poniższym rysunku:

V. Odległość robocza i rozmiar pola widzenia konstrukcji źródła światła

Po ustaleniu środka celownika kamery i odległości roboczej, kąta obiektywu, odległości roboczej źródła światła oraz pola widzenia (FOV), rozmiar źródła światła można określić poprzez obliczenia. W tym celu można również wykorzystać oprogramowanie takie jak CAD, aby narysować grafikę zgodnie z parametrami, dzięki czemu można wizualnie zobaczyć, gdzie znajduje się plama świetlna źródła światła i określić, czy wybrany rozmiar źródła światła jest odpowiedni. Jak pokazano na poniższym rysunku:

Gdy obiektyw jest typowym obiektywem FA, zależność między odległością roboczą źródła światła (Wd) a długością światła powierzchniowego (L) można otrzymać na podstawie właściwości trójkątów podobnych:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Gdy obiektyw jest obiektywem telecentrycznym, pozycja montażowa wybranego źródła światła musi jedynie zapewniać, że  L > FOV.

Vi. wniosek

W schemacie inspekcji wizyjnej maszynowybor źródła światła jest ważnym elementem. Prawidłowy dobór źródła światła sprzyja sprawnemu wykonaniu całego systemu wizyjnego, a odpowiednie źródło światła może skutecznie zaoszczędzić koszty oraz miejsce instalacji mechanizmu.