Типы освещения для машинного зрения: как выбрать оптимальное освещение

Выбор правильного световой прибор машинного зрения качественное освещение является основой надёжного контроля: неудовлетворительное освещение приводит к пропуску дефектов, ложным отбраковкам и снижению рентабельности инвестиций (ROI). Будучи мировым поставщиком решений для машинного зрения на протяжении 15 лет, компания HIFLY Technology (Шэньчжэнь) предлагает полный ассортимент промышленных источников освещения, соответствующих стандарту ISO 9001:2015, и обслуживает клиентов более чем в 30 странах. Ниже представлено подробное описание основных типов освещения для машинного зрения, ключевых критериев их выбора и примеров практического применения, что поможет вам принять обоснованное решение.

Основные типы машинного зрения и их оптические функции

Линейные, кольцевые и плоские источники света: геометрия, зона освещения и акцентирование краёв

Линейные источники света излучают сфокусированный свет, который отлично подходит для выявления дефектов вдоль прямых линий и для усиления контуров краёв при контроле на конвейерных линиях. Кольцевые источники света располагаются по окружности вокруг объектива, обеспечивая равномерное фронтальное освещение, что уменьшает образование теней при контроле круглых объектов и облегчает обнаружение мелких деталей. Плоские панельные источники света обеспечивают равномерное распределение света по поверхности, снижая блики на блестящих электронных компонентах и повышая вероятность выявления поверхностных дефектов, таких как царапины. Недавнее исследование, проведённое оптическими инженерами в 2024 году, показало, что применение этих специализированных по форме источников света увеличивает чёткость видимости краёв примерно на 28 % по сравнению с обычными условиями освещения. Такое улучшение имеет решающее значение в системах контроля качества, где пропуск даже незначительных деталей может обойтись компаниям очень дорого.

Подсветка, линейные и купольные источники света: решение задач, связанных с прозрачностью, трёхмерной формой и зеркальными поверхностями

При работе с прозрачными или полупрозрачными материалами, такими как стеклянные флаконы, подсветка позволяет чётко выделить содержимое. Благодаря ей становятся видимыми мельчайшие пузырьки и различия в толщине стенок — параметры, имеющие решающее значение для контроля качества при производстве лекарственных препаратов. Затем существуют линейные генераторы, которые проецируют лазерные линии на поверхности. Их основная функция — создание трёхмерной карты трехмерные формы, которые помогают техникам проверять сварные швы и точно измерять габариты. Для блестящих поверхностей, где блики могут создавать проблемы, применяются купольные источники света. Эти специальные осветительные приборы равномерно распределяют свет под множеством углов, обеспечивая однородное освещение без теней. Это кардинально улучшает возможность выявления микроскопических царапин на полированных металлах или лакокрасочных покрытиях автомобильных кузовов — внешне безупречных, но потенциально содержащих скрытые дефекты. Интересный результат показали также некоторые испытания, проведённые на заводах по производству полупроводников: при использовании поляризованного купольного освещения при инспекции зеркальных поверхностей кремниевых пластин наблюдается снижение количества ложных отбраковок примерно на 19 процентов. Неплохой результат для повышения эффективности при сохранении высоких стандартов.

Ключевые критерии выбора источников света для машинного зрения

Угол, положение и рассеивание: контроль контраста, теней и видимости элементов

То, как свет попадает на объект, может кардинально повлиять на способность четко различать детали или, напротив, полностью их упустить. При фронтальном освещении мельчайшие дефекты, такие как царапины, становятся особенно заметными на металлических поверхностях. Боковое освещение под углом от тридцати до сорока пяти градусов также лучше выявляет текстуру — именно поэтому оно так эффективно при визуальном контроле паяных соединений на печатных платах. Рассеянный свет превращает раздражающие блики в полезную информацию. Купольные источники света демонстрируют исключительные результаты при контроле сложных закруглённых элементов автомобилей, где яркие пятна обычно нарушают измерения, обеспечивая, по отзывам большинства специалистов в отрасли, повышение точности измерений примерно на процент. Правильное размещение источников света минимизирует проблемы с тенями, которые приводят к ложным отказам. Для плоских объектов коаксиальное освещение работает весьма эффективно. Заднее освещение формирует чёткие контуры, что позволяет точно измерять габаритные размеры. Однако при неправильно подобранной степени рассеяния света мы неизбежно тратим дополнительное время на устранение проблем, вызванных некорректными условиями освещения, порой теряя почти четверть общих затрат времени на обработку.

Выбор длины волны (УФ–видимый–ИК): повышение контраста, специфичного для материала, и обеспечение соответствия нормативным требованиям

Реакция различных материалов определяет, какие длины волн наиболее эффективны для задач контроля. Например, УФ-свет с длиной волны 365 нанометров позволяет пример, обнаруживать раздражающие загрязнения, такие как остатки клея на медицинском оборудовании. А пока... инфракрасное излучение с длиной волны около 850 нм проникает сквозь упаковочные слои, позволяя проверять содержимое пищевых продуктов без вскрытия упаковки. Что касается видимого света и его цветов, то определённые оттенки обеспечивают лучший контраст по отношению к дефектам. Синий свет с длиной волны примерно 470 нм чётко выделяет оранжевые дефекты на полупроводниковых пластинах, что повышает нашу способность выявлять проблемы по сравнению с обычным белым освещением. Производители обязаны соблюдать стандарты МЭК 62,471руководящие принципы по обеспечению безопасности при работе с инфракрасным (IR) излучением на производственных линиях, в частности в отношении защиты глаз. Фермеры и упаковщики также получают выгоду от ближнего инфракрасного (NIR) технологического решения, поскольку оно позволяет выявлять повреждения (ушибы) на фруктах и овощах, которые невозможно заметить невооружённым глазом. Однако некоторые материалы чувствительны к нагреву, особенно различные виды пластиковых плёнок, поэтому при проведении контроля качества требуется тщательный контроль как УФ-, так и ИК-облучения, чтобы избежать повреждения объектов, подлежащих инспекции.

Как освещение напрямую влияет на точность обнаружения и рентабельность инвестиций (ROI)

Количественная оценка улучшения качества изображения: коэффициент контраста, отношение сигнал/шум (SNR) и повышение эффективности обнаружения дефектов

Оптимальное освещение для машинного зрения улучшает базовые метрики получения изображений:

• Контрастность увеличивается на 30–60 % при направленном освещении, что позволяет чётко выделить микротрещины и мелкие поверхностные аномалии на фоне окружающей среды.
• Соотношение сигнал/шум (SNR) улучшается на 15 дБ при равномерном освещении, снижая зернистость при высокоскоростной инспекции.
• Повышение эффективности обнаружения дефектов достигает 40 % при валидации автомобильных компонентов при совместном использовании подсветки и многоосевой визуализации. Более высокий контраст и отношение сигнал/шум позволяют алгоритмам выявлять аномалии размером менее одного миллиметра, что выходит за пределы возможностей человеческого зрения.

Стоимость неудовлетворительного освещения: ложные отклонения, переделка изделий и простои системы (данные AIA, 2023 г.)

Недостаточное освещение вызывает каскад сбоев в работе:

• Ложные отклонения возрастают на 22 % при нестабильных длинах волн, что приводит к ненужному выбраковыванию исправных компонентов.
• Стоимость переделки составляют 18 % производственных бюджетов, когда блики маскируют дефекты сварных швов.
• Простой системы в среднем составляют 15 000 долларов США в час во время повторной калибровки — зачастую из-за теплового дрейфа светодиодных массивов (AIA, 2023 г.). В совокупности эти ошибки снижают рентабельность инвестиций (ROI) на 34 % на 200 исследованных производственных площадках. Проактивная оптимизация освещения позволяет предотвратить потери объёмом около 740 000 долларов США в год на предприятиях по сборке электроники высокого объёма.

Практические эталонные показатели применения: соответствие источников света для машинного зрения потребностям отрасли

Реальная ценность оптических систем становится очевидной при рассмотрении конкретных отраслевых результатов, где специализированное освещение решает уникальные задачи визуального контроля. Возьмём, к примеру, автомобильные заводы: купольное освещение помогает устранить раздражающие блики на изогнутых деталях, позволяя операторам корректно проверять сварные швы. Исследования показывают, что такой подход выявляет дефекты примерно на 40 % эффективнее по сравнению с обычным производственным освещением при проведении контроля качества. В электронной промышленности применяются специальные коаксиальные источники света, излучающие синий свет с длиной волны 470 нм, чтобы обнаруживать мельчайшие паяные соединения на печатных платах. Согласно результатам недавних отраслевых испытаний, проведённых в прошлом году, этот метод снижает количество ложных срабатываний примерно на 32 %. Не стоит также забывать и о предприятиях пищевой промышленности: они устанавливают промышленные задние осветители с защитой IP69K и дополнительными УФ-функциями для выявления посторонних включений внутри прозрачной упаковки, одновременно соблюдая строгие требования регуляторов к чистоте.

Когда речь заходит о системах проверки упаковки, возврат на инвестиции становится вполне очевидным при анализе оптимизации освещения. Направленные линейные источники света действительно обеспечивают значительное преимущество при распознавании оптических символов (OCR) на сложных поверхностях, таких как мятые этикетки или блестящая металлическая фольга. Эти специализированные источники света обеспечивают долю первичного успешного распознавания порядка 99,7 % в процессах серийной маркировки фармацевтической продукции по сравнению с лишь 85–90 % при использовании стандартных осветительных установок. В сфере текстильного производства компании отмечают повышение скорости контроля примерно на 27 % благодаря многоугольным светодиодным массивам, которые способны выявлять дефекты переплетения ткани, остающиеся незамеченными при обычном освещении производственных помещений. Ознакомьтесь с цифрами в приведённой ниже таблице, демонстрирующими данные улучшения показателей в различных отраслях.

Эти эталонные показатели подтверждают, что выбор источника структурированного освещения — а не просто максимальная яркость — обеспечивает измеримое повышение точности при одновременном соблюдении нормативных требований, регулирующих каждую отрасль. Оптимальная конфигурация освещения для машинного зрения определяется на основе измеримых требований к улучшению распознаваемых признаков, а не общих технических характеристик, что доказывает: оптика, адаптированная под конкретное применение, повышает надёжность контроля.

Готовы оптимизировать освещение для машинного зрения?

Правильный источник освещения для машинного зрения превращает контроль из статьи затрат в конкурентное преимущество — ключ к успеху заключается в согласовании типа освещения, угла его падения и длины волны со свойствами материала, характером задачи и условиями эксплуатации. Для получения персонализированных рекомендаций или доступа к промышленным решениям в области освещения (включая варианты с заданной длиной волны и повышенной прочностью) сотрудничайте с поставщиком, имеющим проверенный опыт работы в отрасли.

HIFLY 15 лет опыта в области машинного зрения — от осветительных приборов до камер и интегрированных систем — гарантируют получение надёжных и соответствующих нормативным требованиям решений, обеспечивающих максимальную точность и рентабельность инвестиций. Свяжитесь с нами сегодня для бесплатной консультации без каких-либо обязательств, чтобы оптимизировать вашу систему освещения.