Руководство по светодиодному освещению для машинного зрения в автоматизированных системах

Светодиодное освещение является основой надёжного автоматизированного машинного зрения — его скорость, стабильность и спектральная согласованность напрямую определяют точность контроля в высокоскоростном производстве. Будучи мировым поставщиком решений для машинного зрения на протяжении 15 лет, компания HIFLY Technology (Шэньчжэнь) предлагает промышленные светодиодные освещение для машинного зрения (сертифицировано по стандарту ISO 9001:2015) клиентам более чем в 30 странах, полностью соответствуя строгим требованиям автоматизированных систем. Ниже мы подробно объясним, почему светодиоды незаменимы, рассмотрим основные методы освещения и оптимизацию под конкретные материалы.

Почему светодиодное освещение критически важно для надёжной работы источников света в системах машинного зрения

Физика синхронизации света и датчика в высокоскоростной автоматизации

Для корректной работы высокоскоростной автоматизации синхронизация между вспышками света и затвором камеры должна быть точной до микросекунды. Светодиоды способны реагировать всего за 10 микросекунд или менее — значительно быстрее, чем устаревшие галогенные или люминесцентные лампы, поэтому при быстрой проверке продукции размытие движущихся объектов отсутствует. Представьте конвейерную ленту, движущуюся со скоростью 5 метров в секунду. Если освещение задержится даже на одну миллисекунду, это вызовет искажение изображения на 5 мм, что может привести к неправильной классификации мелких электронных компонентов. Освещение должно оставаться стабильным без мерцания, чтобы обеспечивать одинаковую световую мощность для каждого кадра. Это особенно важно для систем оптического распознавания символов (OCR), которым необходимо считывать маркировку более чем на 500 упаковках каждую минуту. Полупроводниковые фабрики, где дефекты измеряются в нанометрах, полагаются на светодиодное освещение, обеспечивающее изменения интенсивности менее 0,1 %. Данные технические характеристики соответствуют требованиям стандарта ISO 9022-18 и современным отраслевым нормам, принятым большинством производителей.

Светодиодные, галогенные и люминесцентные лампы: срок службы, стабильность и спектральная стабильность

Освещение для машинного зрения в значительной степени заменили светодиоды, поскольку они служат дольше, обеспечивают лучший контроль цвета и сохраняют стабильность на протяжении всего срока службы. Традиционные галогенные лампы теряют около 30 % яркости уже после 1000 часов работы. Флуоресцентные лампы также не намного лучше: их цветовая температура может изменяться на величину до 300 К ежемесячно. Промышленные светодиоды высокого качества рассказывают иную историю: эти высококачественные устройства сохраняют как минимум 95 % первоначальной яркости даже после непрерывной работы в течение более чем 50 000 часов. Такая стабильность чрезвычайно важна в приложениях, где критична точность временных параметров, например, при контроле фармацевтических блистерных упаковок в ходе производственных циклов. Что действительно выделяет светодиоды — это их способность излучать свет строго определённых длин волн. Например, качественный светодиод генерирует красный свет с длиной волны 630 нм с отклонением менее чем ±2 нм. Сравните это с галогенными лампами, спектр излучения которых охватывает широкий диапазон цветов шириной около 40 нм. Более узкая цветовая фокусировка светодиодов обеспечивает значительно более чёткие изображения при поиске мельчайших царапин на блестящих металлических поверхностях. Производители сообщают о снижении количества пропущенных дефектов до 20 % при переходе со стандартных источников света на такие специализированные светодиоды.

Основные методы освещения для применений машинного зрения

Эффективные осветительные установки для машинного зрения напрямую определяют точность контроля в автоматизированных системах. Выбор оптимальных методов позволяет минимизировать ложные отбраковки и одновременно максимизировать обнаружение дефектов на разнообразных материалах и поверхностях с различными оптическими свойствами.

Подсветка сзади и яркое поле: оптимизация обнаружения краёв с учётом отражательной способности поверхности

Подсветка сзади работает за счет размещения источников света позади объектов, создавая резкие контрастные силуэты, которые особенно хорошо подходят для измерения размеров и выявления отверстий. Существует также метод яркого поля, при котором свет направляется под небольшим углом — примерно от 10 до 30 градусов — со стороны передней поверхности объекта, что позволяет более чётко визуализировать текстуру поверхности. Комбинирование обоих подходов позволяет учитывать различия в отражении света разными материалами, повышая точность обнаружения краёв на металлических компонентах примерно на 40 % по сравнению с использованием обычного рассеянного освещения. Такое комбинированное освещение снижает количество ошибок при измерениях в процессе прецизионной механической обработки и также помогает роботам правильно ориентировать детали.

Тёмное поле и коаксиальное освещение: обнаружение микроскретчей на зеркальных поверхностях

Темнопольная иллюминация работает за счёт отражения света под углами менее 30 градусов от поверхностных дефектов, благодаря чему становятся видимыми мельчайшие царапины (менее 5 микрон), которые при обычном освещении остаются совершенно незаметными. При коаксиальном освещении свет проходит по тому же пути, что и оптическая ось объектива камеры, поэтому устраняются раздражающие блики, возникающие на блестящих поверхностях, например, на полированном алюминии или стекле с покрытием. В исследовании, опубликованном в прошлом году в журнале «Optics Manufacturing», было также выявлено любопытное наблюдение: при совместном применении обоих методов производителям удалось обнаружить на металлических поверхностях на 32 % больше царапин по сравнению с предыдущими результатами. Кроме того, количество ложных срабатываний из-за бликов существенно сократилось. Эти методы сегодня стали практически стандартом в отраслях, где качество имеет первостепенное значение, особенно при контроле лакокрасочного покрытия автомобилей и проверке электронных компонентов, поскольку даже самый незначительный дефект может впоследствии привести к серьёзным проблемам.

Структурированное лазерное освещение для извлечения трёхмерного профиля в системах роботизированного управления

Когда структурированное лазерное освещение проецирует на объект тщательно рассчитанные линейные паттерны, происходит нечто поистине удивительное. Искажения этих линий точно указывают форму объекта — с точностью до миллиметра при построении трёхмерных моделей. Для роботов, которые извлекают детали из ёмкостей, собирают компоненты или следуют по швам сварки, эта информация о глубине позволяет им мгновенно корректировать траекторию движения в процессе работы. Испытания в реальных условиях показывают, что такие системы обеспечивают повторяемость измерений в пределах 0,1 мм даже при сложной геометрии объектов. Такая точность имеет решающее значение, например, при производстве самолётов, где детали должны идеально совмещаться, или при укладке аккумуляторных элементов, где даже незначительные отклонения быстро накапливаются. Почему же структурированное освещение так эффективно? Дело в том, что в отличие от обычных 2D-камер, которым сложно работать при неподходящей ориентации объекта, этот метод одинаково хорошо функционирует независимо от положения объекта в пространстве и его ориентации.

Оптимизация освещения с учётом свойств материала для повышения точности освещения в машинном зрении

Рассеянное освещение куполообразным источником для распознавания символов на полупрозрачной упаковке: устранение бликов

Прозрачная упаковка — например, пластиковые бутылки, матовые баночки и небольшие блистерные упаковки для таблеток — создаёт серьёзные проблемы для систем оптического распознавания символов из-за необычных бликов, которые маскируют штрих-коды и этикетки. Решение? Светильники с рассеивающим куполом обеспечивают равномерное, мягкое освещение со всех сторон под оптимальным углом. Внутри таких купольных светильников имеется специальная изогнутая форма, которая рассеивает свет, а не отражает его прямо в камеру. Результат действительно впечатляет: мягкое освещение чётко выделяет мелкие рельефные буквы или лазерную гравировку, не «заливая» их. Испытания в сфере упаковки показали, что такие светильники повышают долю успешного распознавания примерно на 40 % по сравнению с обычными точечными источниками света. На быстро движущихся сборочных линиях, где изделия имеют круглую форму или частично прозрачны, производители неоднократно возвращаются к использованию именно этих купольных светильников, когда требуется надёжная работа их систем машинного зрения.

Готовы улучшить освещение в вашей автоматизированной системе?

Скорость, стабильность и универсальность светодиодного освещения делают его незаменимым для автоматизированных систем машинного зрения — однако успех зависит от правильного выбора типа светодиода и метода освещения, соответствующих вашему применению. Для промышленных решений на основе светодиодного освещения или для подбора освещения в паре с камерами машинного зрения (как это предлагает HIFLY) сотрудничайте с поставщиком, который понимает особые требования автоматизированных систем.

15-летний опыт HIFLY в области машинного зрения — от светодиодов и камер до комплексных решений — гарантирует соответствие ваших требований к скорости производства, размеру дефектов и свойствам материалов. Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации по оптимизации вашей системы освещения.