Vrste svetilk za strojno vizijo: kako izbrati najboljšo osvetlitev

Izbiro pravilnega svetloba za strojno vizijo osvetlitev je temelj zanesljive pregledave – slaba osvetlitev povzroča izpuščene napake, napačne zavrnitve in zmanjšan povračilni donos (ROI). Kot globalni ponudnik rešitev za strojno vizijo s 15-letno izkušnjo HIFLY Technology (Shenzhen) ponuja celoten nabor industrijskih osvetlitvenih izdelkov, ki so certificirani v skladu z ISO 9001:2015, in služi strankam v več kot 30 državah. Spodaj podrobno predstavljamo osnovne vrste svetilk za strojno vizijo, ključna merila za njihov izbor ter primere dejanske uporabe, da vam pomagamo sprejeti utemeljene odločitve.

Osnovne vrste svetilk za strojno vizijo in njihove optične funkcije

Svetilke v obliki palice, obroča in plošče: geometrija, pokritost in poudarek robov

Svetilke v obliki palice oddajajo usmerjeno svetlobo, ki je zelo učinkovita pri pregledu napak v obliki ravnih črt in pri poudarjanju robov med pregledom predmetov na tekočih trakovih. Svetilke v obliki obroča se namestijo okoli leč v krogu in zagotavljajo enakomerno sprednjo osvetlitev, kar zmanjša sence pri okroglih predmetih ter olajša opazovanje majhnih delov. Ploščaste svetilke enakomerno razpršijo svetlobo po površini, kar zmanjša odseve na sijajnih elektronskih komponentah in izboljša možnost zaznavanja površinskih napak, kot so praske. Nedavna študija optičnih inženirjev iz leta 2024 je pokazala, da uporaba teh posebnih oblik svetilk dejansko poveča razpoznavnost robov za približno 28 % v primerjavi z običajnimi razmerami osvetlitve. Takšno izboljšanje je zelo pomembno v kontekstu nadzora kakovosti, kjer lahko izpuščeni podrobnosti predstavljajo znatne stroške za podjetja.

Zadnje svetilke, črtna svetilka in kupolaste svetilke: reševanje problemov prosojnosti, trodimenzionalne oblike in zrcalno odsevne površine

Pri delu z prozornimi ali polprozornimi materiali, kot so stekleni viali, ozadja pomagajo poudariti vsebino. S tem postanejo vidne majhne mehurčke in razlike v debelini, ki so zelo pomembne za nadzor kakovosti pri proizvodnji zdravil. Nato obstajajo še generatorji črt, ki po površinah izstreljujejo laserske vzorce. Njihova naloga je v bistvu ustvarjanje preslikave tromerno oblike, ki pomagajo tehnikom preverjati varilne šive in natančno meriti dimenzije. Za sijajne površine, kjer odboji predstavljajo težavo, se uporabljajo kupolaste svetilke. Te posebne svetilke razpršijo svetlobo iz več kot enega kota, kar zagotavlja enakomerno osvetlitev brez senc. To je ključnega pomena pri iskanju mikroskopskih praske na poliranih kovinah ali končnih površinah avtomobilskih karoserij, ki izgledajo odlično, a lahko skrivajo skrite napake. Nekatere preizkušanje v tovarnah za proizvodnjo polprevodnikov so odkrile tudi nekaj zanimivega: pri pregledih zrcalno podobnih površin polprevodniških plošč z uporabo polarizirane kupolaste osvetlitve so proizvajalci zaznali približno 19-odstotno zmanjšanje lažno zavrnjenih kosov. To ni slabo za izboljšanje učinkovitosti ob hkratnem ohranjanju standardov.

Ključni kriteriji izbire za zmogljivost strojne vizije

Kot, položaj in razpršitev: nadzor kontrasta, senčenja in vidnosti značilnosti

Način, na katerega svetloba zadene nekaj predmeta, lahko povzroči vse razlike pri jasni opazovanju podrobnosti ali pa jih popolnoma spregledamo. Ko govorimo o osvetlitvi z naprej usmerjeno svetlobo, se s temi majhnimi napakami na kovinskih površinah, kot so npr. praske, bolj poudarijo. Stranska osvetlitev pod kotom približno trideset do štirideset pet stopinj prav tako bolje poudari teksturo, zato se izjemno dobro obnese pri pregledu lotkov na tiskanih vezjih (PCB). Razpršena svetloba pomaga pretvoriti nadležne bleščeče točke v uporabne informacije. Sferične luči odlično delujejo pri zahtevnih ukrivljenih avtomobilskih delih, kjer bi običajne svetle točke sicer pokvarile vse, in omogočajo približno desetodstotno izboljšavo natančnosti meritev, kar potrjuje večina strokovnjakov na tem področju. Pravilna namestitev luči zmanjša težave s sencami, ki vodijo do napačnih zavrnitev. Za ravne predmete je koaksialna osvetlitev zelo učinkovita. Osvetlitev od zadaj ustvari ostre konture, ki omogočajo natančno merjenje dimenzij. Vendar pa, če razpršitev svetlobe ne izvedemo pravilno, se nenadoma znajdemo v položaju, ko porabimo dodaten čas za odpravo napak, povzročenih slabimi razmerami osvetlitve, kar včasih pomeni izgubo skoraj četrtine celotnega časa obdelave.

Izbira valovne dolžine (UV–vidna–IR): izboljšanje materialno specifičnega kontrasta in skladnosti z regulativami

Na način, kako različni materiali reagirajo, je odvisno, katere valovne dolžine so najprimernejše za naloge pregleda. Vzemimo na primer UV-svetlobo s frekvenco 365 nanometrov, ki lahko zazna neprijetne kontaminante, kot so ostanki lepil na medicinski opremi. infrardeča svetloba okoli 850 nm prehaja skozi plastike embalaže, zato lahko preverimo vsebino živilskih izdelkov brez odpiranja embalaže. Pri vidni svetlobi določene barve ustvarjajo boljši kontrast glede na napake. Modra svetloba približno pri 470 nm jasno poudari oranžne napake na polprevodniških ploščah, kar izboljša našo sposobnost zaznavanja napak v primerjavi z običajno belo osvetlitvijo. Proizvajalci morajo spoštovati standard IEC Medtem ko infrardeče sevanje okoli 850 nm prehaja skozi pakirne plasti, zato lahko preverimo, kaj je znotraj živilskih izdelkov, ne da bi jih odprli. Pri vidni svetlobi določene barve ustvarjajo boljši kontrast glede na napake. Modra svetloba približno pri 470 nm jasno poudari oranžne napake na polprevodniških ploščah, kar izboljša našo sposobnost zaznavanja težav v primerjavi z običajno belo osvetlitvijo. Proizvajalci morajo slediti standardu IEC 62,471varnostna navodila glede zaščite oči pri delu z IR-svetlobo na njihovih proizvodnih linijah. Kmetje in embalažerji prav tako koristijo blizu infrardečo tehnologijo, saj zaznava poškodbe na sadju in zelenjavi, ki jih človeško oko ne more opaziti. Nekatere materiale pa toplota vseeno ogroža, zlasti različne vrste plastičnih folij, zato je med kakovostnimi preverjanji ključno natančno nadzorovati izpostavljenost tako UV- kot tudi IR-sevanju, da se izognemo poškodbam predmetov, ki jih želimo pregledati.

Kako osvetlitev neposredno vpliva na natančnost zaznavanja in donos investicije (ROI)

Količinska ocena izboljšav kakovosti slik: razmerje kontrasta, razmerje signal/šum in povečanje zaznavanja napak

Optimalna osvetlitev za strojno vizijo izboljša temeljne meritve slik:

• Razmerje kontrasta poveča se za 30–60 % pri smerni osvetlitvi, kar omogoča, da se mikropraski in drobne površinske nepravilnosti jasno ločijo od ozadja.
• Razmerje signal/šum (SNR) se izboljša za 15 dB pri enakomerni osvetlitvi, kar zmanjšuje zrnastost pri hitrih pregledih.
• Povečanje zaznavanja napak doseže 40 % pri preverjanju avtomobilskih delov, ko se zadnji osvetlitveni viri kombinirajo z večosnim snemanjem. Višji kontrast in razmerje signal–šum (SNR) omogočata algoritmom, da zaznajo napake manjše od enega milimetra, kar presega človeško vidno sposobnost.

Stroški slabe osvetlitve: napačni zavrnitvi, ponovno obdelava in izpad sistema (podatki AIA 2023)

Nezadostna osvetlitev sproža verižne operativne odpovedi:

• Napačni zavrnitvi naraščajo za 22 % pri neenakomernih valovnih dolžinah, kar povzroča nepotrebno odpoved funkcionalnih komponent.
• Stroški popravil porabijo 18 % proizvodnih proračunov, kadar bleščanje zakrije napake varjenih šivov.
• Izpad sistema znaša v povprečju 15 000 USD/uro med ponovno kalibracijo – pogosto zaradi toplotnega odmika LED-polj (AIA 2023). Skupaj te napake zmanjšajo donos na vloženi kapital (ROI) za 34 % na 200 raziskanih proizvodnih lokacijah. Aktivna optimizacija osvetlitve prepreči približno 740 000 USD izgub letno pri visokozmogljivi sestavi elektronskih naprav.

Referenčni podatki iz prakse: Ujemanje svetlobnih virov za strojno vizijo z industrijskimi potrebami

Prava vrednost optičnih nastavitev postane očitna, ko pogledamo konkretna industrijska dosežka, kjer prilagojena osvetlitev rešuje posebne probleme pri pregledih. Vzemimo za primer avtomobilsko proizvodnjo. Kupolasta osvetlitev pomaga odpraviti nadležne odseve na ukrivljenih delih, tako da lahko delavci ustrezno preverijo varilne šive. Študije kažejo, da ta pristop zazna napake približno za 40 % bolje kot običajne obratne svetilke med kontrolami kakovosti. V elektronski proizvodnji pa uporabljajo posebne koaksialne svetilke, ki oddajajo modro svetlobo s valovno dolžino 470 nm, da odkrijejo majhne lotne spoje na tiskanih vezjih. Ta tehnika zmanjša število lažnih alarmov za približno 32 %, kar so potrdili nedavni industrijski testi iz lanskega leta. In ne pozabimo tudi na predelavo hrane. Te naprave namestijo industrijske nazadnje svetilke z zaščito IP69K in dodatnimi UV-zmožnostmi, da najdejo morebitne neželene vsebine znotraj prozornih embalaž, hkrati pa izpolnjujejo stroge zahteve regulatorjev glede čistoče.

Ko gre za sisteme za preverjanje embalaže, se donos investicije zelo jasno pokaže, če pogledamo, kako je izboljšana osvetlitev. Smerne trakaste svetilke resnično naredijo razliko pri optičnem prepoznavanju znakov (OCR) na zahtevnih površinah, kot so zmečkane nalepke ali sijajne kovinske folije. Te specializirane svetilke dosežejo prvo stopnjo bralne hitrosti približno 99,7 % v farmacevtskih procesih serializacije, medtem ko redne osvetlitvene naprave dosežejo le 85 do 90 %. V tekstilni industriji podjetja poročajo o približno 27-odstotnem izboljšanju hitrosti pregleda zaradi večkotnih LED-polj, ki dejansko zaznajo napake v tkanini, ki bi drugače ostale neopazne pod običajnimi razmerami osvetlitve v tovarni. Oglejte si številke v spodnji tabeli, ki prikazujejo te izboljšave v različnih panogah.

Ti referenčni standardi potrjujejo, da izbor strukturirane svetlobe – ne le najvišja svetlost – omogoča merljive izboljšave natančnosti ter hkrati izpolnjuje regulativne okvire, ki veljajo za vsako posamezno industrijo. Optimalna konfiguracija strojnega vida se torej izhaja iz merljivih zahtev po izboljšanju značilnosti, ne pa splošnih tehničnih specifikacij, kar dokazuje, da optika, prilagojena posebni uporabi, bistveno izboljša zanesljivost pregledov.

Ste pripravljeni optimizirati osvetlitev za strojni vid?

Prava osvetlitev za strojni vid spremeni pregled iz stroškovnega centra v konkurenčno prednost – uspeh je odvisen od usklajenosti vrste svetlobe, kota in valovne dolžine z vašim materialom, nalogami in okoljem. Za prilagojena navodila ali dostop do industrijskih rešitev za osvetlitev (vključno z različicami za določene valovne dolžine in odpornimi izvedbami) sodelujte z dobaviteljem, ki ima dokazano izkušnjo na področju industrije.

HIFLY 15 let izkušenj na področju strojne videopredstavitve – od osvetlitve do kamor in integriranih sistemov – zagotavlja zanesljive in skladne rešitve, ki maksimizirajo natančnost in donos na vloženi kapital (ROI). Stopite z nami v stik že danes za brezplačno posvetovanje, s katerim bomo izboljšali vašo nastavitev osvetlitve.