Kako izbrati osvetlitev za strojno vizijo za vašo uporabo

Kakovost slike je eden najpomembnejših dejavnikov v sistemu strojno vidnega opazovanja, osvetlitev pa pogosto določa, ali lahko kamera zajame podatke, ki jih algoritem za pregled dejansko potrebuje. Celo visoko ločljiva kamera lahko pri napačno izbrani osvetlitvi daje neustaljene rezultate pregleda. Zato je izbiro svetloba za strojno vizijo treba obravnavati kot bistven del oblikovanja sistema, ne pa kot končno izbiro dodatka.

Različne aplikacije za pregled imajo različne zahteve glede osvetlitve. Odsevna kovinska površina morda potrebuje nadzorovano smerno osvetlitev, temen del pa močnejši kontrast. Prozorni predmeti, ukrivljene površine, tiskani materiali in majhne napake se lahko na isti vir svetlobe odzovejo različno.

Kako naj inženirji izberejo svetloba za strojno vizijo ? Odgovor je odvisen od cilja pregleda, konfiguracije kamere, delovne razdalje, vidnega polja, lastnosti površine in zahtevane kontrastnosti slike. Z oceno teh dejavnikov skupaj lahko inženirji izberejo osvetlitev, ki omogoča stabilno pridobivanje slik in zanesljivo delovanje sistema za pregled.

Za proizvajalce opreme (OEM) in sistemske integratorje je prav tako uporabno preučiti, ali ponudnik osvetlitve ponuja različne oblike osvetlitve in možnosti nadzora. Širši nabor rešitev za strojno vizijo lahko olajša prilagoditev izvora svetlobe različnim kameram, lečam in okoljem za pregled.

Razumevanje cilja pregleda

Površinske značilnosti

Površina cilja pregleda močno vpliva na izbiro osvetlitve. Ali je predmet odsevno, mat, prozorno, polprozorno, teksturirano ali temno obarvano? Vsaka površina se lahko drugače obnaša do svetlobe.

Odsevne površine lahko pri neposredni osvetlitvi povzročijo bleščanje.

Mati površine na splošno bolj enakomerno razpršijo svetlobo.

Prozirni materiali lahko povzročijo neželene odseve ali omogočajo prehajanje svetlobe skozi predmet.

Temne površine morda zahtevajo močnejše ali bolj usmerjeno osvetlitev, da razkrijejo majhne značilnosti.

Teksturirane površine lahko izkoristijo usmerjeno osvetlitev, ki poudarja spremembe v geometriji površine.

Razumevanje teh značilnosti pomaga inženirjem določiti, katera strojno vidno osvetlitev lahko ustvari najmočnejši in najuporabnejši kontrast slike.

Značilnosti napak in značilnosti

Kaj natančno je treba zaznati? Rezina, rob, tiskana črka, manjkajoča komponenta, onesnaženost površine ali dimenzijska značilnost morda zahteva popolnoma drugačno osvetlitev.

Majhne površinske napake pogosto izkoristijo osvetlitev, ki ustvari močan kontrast med napako in okoliškim materialom.

Robovi so morda lažje prepoznljivi, kadar smer osvetlitve poudari mejo.

Tiskane črke morda zahtevajo enakomerno osvetlitev, da se izognemo sencam in neenakomernemu izpostavljanju.

Tromerazne značilnosti morda zahtevajo smerno osvetlitev, da se poudarijo spremembe višine ali oblike.

Svetilko za strojno vid je zato treba izbrati glede na preverjano značilnost, ne pa le glede na videz izdelka.

Prilagajanje vrste svetilke aplikaciji

Ring lights

Obročaste svetilke se pogosto uporabljajo, kadar kamera opazuje predmet od zgoraj ali vzdolž sredinske osi. Osvetlitev iz okolice lahko zagotovi relativno enakomerno osvetlitev številnih predmetov za pregled.

Obročasta svetilka za strojni vid se lahko uporabi za pregled nalepk, površin, komponent in relativno ravnih predmetov.

Različne delovne razdalje morda zahtevajo različne oblikovne rešitve obročastih svetilk.

Kot osvetlitve lahko vpliva tudi na to, ali se površinske podrobnosti jasno prikažejo.

Za odsevne predmete morajo inženirji morda upoštevati difuzne ali nizko-kotne konfiguracije.

Obročaste svetilke so zato raznolika izhodiščna rešitev, vendar jih je kljub temu treba izbrati glede na geometrijo in površinske lastnosti predmeta.

Ploskovna svetila

Tračne svetilke ponujajo usmerjeno osvetlitev v primerjavi z mnogimi konfiguracijami obročastih svetilk. Lahko jih namestimo okoli predmeta za pregled glede na zahtevan kot osvetlitve.

Zato so uporabne, kadar inženirji želijo poudariti robove, konture, teksture ali usmerjene površinske lastnosti.

Več tračnih svetilk lahko tudi razporedimo okoli izdelka, da ustvarimo različne vzorce osvetlitve.

Položaj in kot strojnega vida svetila lahko bistveno vplivata na končno sliko.

Za velike območja pregleda lahko tračne svetilke zagotovijo koristno prilagodljivost pri pokritosti in namestitvi.

Inženirji proizvajalcev opreme (OEM) bi morali pri odločanju, ali je tračna osvetlitev primerna, upoštevati razpoložljiv prostor za montažo in delovno razdaljo.

Zadnje svetilke

Zadnje osvetlitve pogosto uporabljamo, kadar je pomembnejši obris ali silueta predmeta kot njegov površinski videz. Svetilo je postavljeno za predmetom za pregled, tako da kamero zazna kontrastno obliko.

Ta metoda je zelo učinkovita za dimenzijski pregled.

Lahko pomaga razkriti zunanje konture, luknje, reže in robove z jasnim kontrastom.

Svetilka za strojno vid, zasnovana za osvetlitev iz ozadja, lahko tudi zmanjša vpliv barve in teksture površine.

Za prozorne ali polprozorne komponente osvetlitev iz ozadja lahko zagotovi še posebej uporabne informacije o obliki.

Ključno je izbrati svetlobni vir z dovolj veliko pokritostjo celotnega pregledovalnega območja.

Ocenjevanje svetlosti in enakomernosti

Intenziteta osvetlitve

Ali je večja svetlost vedno boljša? Ne nujno. Prevelika osvetlitev lahko povzroči bleščanje, preveliko izpostavljenost ali neželene odseve.

Zahtevana intenziteta je odvisna od občutljivosti kamere, časa izpostavljenosti, odprtine leče, delovne razdalje in materiala, ki se pregleduje.

Svetilka za strojno vid mora zagotavljati dovolj osvetlitve, da bo kamera zajela zahtevane značilnosti brez prevelike svetlosti.

Inženirji bi morali prav tako preučiti, ali je med zagonom sistema potrebna nastavljiva svetlost.

Za aplikacije z različnimi izvedbami izdelka lahko nastavljiva osvetlitev zagotovi dodatno prilagodljivost.

Cilj naj bi bil zadosten in nadzorljiv osvetljenost namesto največjega izhoda.

Enakomernost osvetlitve

Enakomernost je še en pomemben dejavnik. Če so nekatera območja slike znatno svetlejša od drugih, algoritmi za obdelavo slik morda ne morejo ugotoviti doslednih pragov.

Neenakomerna osvetlitev lahko napako naredi bolj ali manj vidno, odvisno od njenega položaja.

Ustrezen strojni vizualni vir svetlobe zato mora zagotavljati osvetlitev, ki ustreza zahtevanemu polju vidnosti.

Delovna razdalja med virom svetlobe in predmetom pregleda lahko vpliva tudi na enakomernost.

Inženirji bi morali preizkusiti celotno kombinacijo kamere, leče in osvetlitve, ne pa ocenjevati osvetlitve ločeno.

Za zahtevne aplikacije pregleda je enotna osvetlitev lahko enako pomembna kot skupna svetlost.

Razdalja delovanja in vidno polje

Namestitvena razdalja

Kje bo svetilka postavljena glede na predmet? Odgovor lahko vpliva tako na jakost svetlobe kot na obseg osvetlitve.

Svetilka za strojno vizijo se lahko pri kratkih in dolgih razdaljah delovanja razlikuje po delovanju.

Če je svetilka postavljena preveč daleč, lahko osvetlitev postane nezadostna.

Če je postavljena preblizu, se vzorec osvetlitve lahko izkrivi ali povzroči neželene odseve.

Mehanski prostor je treba upoštevati tudi takrat, ko se izdelek premika skozi postajo za pregled.

Inženirji zato morajo oceniti dejansko razdaljo namestitve namesto da bi se zanašali le na nazivne specifikacije.

Pokritost vidnega polja

Izbrana svetilka mora pokrivati območje, ki ga mora kamero pregledati. Majhna svetilka morda ne zagotavlja zadostne osvetlitve na širokem vidnem polju.

Nasprotno, uporaba nepotrebno velike svetlobne naprave za strojno vizijo lahko poveča zahteve za namestitev brez prinašanja pomembnih koristi.

Zorni kot kamere, velikost predmeta in območje pregleda je treba upoštevati skupaj.

Za večje izdelke je morda potrebnih več svetlobnih virov.

Razporeditev osvetlitve mora zagotavljati ustrezno pokritost brez ustvarjanja prekomernih senc ali neenakomerne svetlosti.

Preizkus celotne nastavitve pred dokončanjem načrtovanja stroja lahko pomaga preprečiti te težave.

Prilagajanje osvetlitve kameri in leči

Izpostavljenost kamere

Svetlobno napravo za strojno vizijo in kamera je treba obravnavati kot en sistem za zajemanje slik. Nastavitve izpostavljenosti kamere vplivajo na to, koliko osvetlitve je potrebno.

Močnejša svetloba lahko omogoča krajše čase izpostavljenosti, kar je lahko uporabno pri premikajočih se predmetih.

Krajši čas izpostavljenosti lahko zmanjša zamazanost zaradi gibanja med pregledom na visoki hitrosti.

Prekomerna svetlost pa lahko povzroči preveliko izpostavljenost.

Svetloba za strojno vizijo zato mora zagotavljati zadostno jakost, hkrati pa ostati nadzorljiva.

Inženirji bi morali skupaj optimizirati osvetlitev in izpostavljenost, namesto da bi prilagodili le eno komponento.

Objektiv in optična geometrija

Objektiv vpliva tudi na to, kako se osvetlitev prikaže na zajeti sliki. Delovna razdalja, goriščna razdalja, vidno polje in odprtina vse vplivajo na končni rezultat slikanja.

Svetloba za strojno vizijo, ki deluje dobro z določeno konfiguracijo objektiva, morda ne bo dala istega rezultata z drugo konfiguracijo.

Kot med svetlobo, objektivom in pregledovanim predmetom lahko spremeni odseve in sence.

To je še posebej pomembno pri pregledovanju kovinskih ali leskovitih površin.

Inženirji OEM bi morali pred izbiro končne razporeditve osvetlitve preizkusiti dejansko optično konfiguracijo.

Celovita ocena kamere, objektiva in svetlobe je na splošno učinkovitejša kot neodvisna izbira vsake posamezne komponente.

Upoštevanje nadzora in integracije sistema

Prilagoditev svetlosti

Nekatere aplikacije zahtevajo prilagoditev parametrov osvetlitve med vzpostavitvijo ali proizvodnjo. V teh primerih je nadzorljiva osvetlitev lahko zelo koristna.

Svetlobni vir za strojno vizijo z nastavljivo svetlostjo omogoča inženirjem optimizacijo kontrasta brez fizične zamenjave svetlobnega vira.

To lahko pomaga tudi pri prilagoditvi različnim izdelkom ali pogojev pregleda.

Pri avtomatizirani opremi se nadzor svetlosti lahko integrira z ločenim krmilnikom.

Ustrezen nadzorni sistem lahko poenostavi prilagajanje osvetlitve med nastavitvijo stroja.

Inženirji zato morajo upoštevati tako sam svetlobni vir kot tudi način njegovega nadzora.

Za aplikacije, ki zahtevajo višjo izhodno moč ali natančnejši nadzor, se lahko poleg izbranega svetlobnega vira preuči tudi ločen nadzorni sistem za visokomočnostno osvetlitev .

Sprožena osvetlitev

Sprožena osvetlitev je uporabna, kadar predmeti potujejo skozi avtomatizirano kontrolno postajo. Namesto da bi svetilka delovala neprekinjeno, se osvetlitev lahko sinhronizira z zajemom slike.

To lahko pomaga ustvariti enotne razmere za zajem slik.

Lahko tudi zmanjša nepotrebno trajanje osvetlitve med delovanjem na visoki hitrosti.

Strojno vizualno svetilko, ki se uporablja s sprožanjem, je treba oceniti skupaj s kamero in avtomatskim krmilnikom.

Čas sprožitve mora ujemati z zaporedjem kontrole.

Pri opremi proizvajalcev opreme (OEM) ta usklajenost lahko pomaga ustvariti ponovljivejši proces zajema slik.

Ocenjevanje okoljskih in mehanskih zahtev

Industrijski obratovalni pogoji

Kje bo deloval sistem za nadzor? V tovarniških okoljih se lahko pojavijo prah, vibracije, spremembe temperature ali neprekinjeno delovanje.

Svetilka za strojno vizijo mora biti primerna za dejanske obratovalne pogoje opreme.

Inženirji naj upoštevajo izdelavo ohišja, odvajanje toplote, vodenje kabla, način pritrditve in predvideno obratovanje.

Svetilke z visoko izhodno močjo lahko ustvarjajo dodatno toploto, zato je pomembno upravljanje toplote.

Svetilko je treba tudi namestiti tako, da ne ovira gibljivih delov stroja.

Upoštevanje teh pogojev v fazi načrtovanja lahko izboljša dolgoročno stabilnost sistema.

Održavanje in zamenjava

Svetilne komponente bodo s časom morda zahtevale zamenjavo ali nastavitev. Zato naj inženirji proizvajalcev opreme (OEM) upoštevajo, kako enostavno je dostopati do svetilke za strojno vizijo.

Težko dostopna svetilka lahko podaljša čas vzdrževanja.

Kabelski priključki naj bodo postavljeni na mesto, kjer tehničarji do njih varno dostopajo.

Pritrditev naj omogoča tudi dosledno ponovno poravnavo svetilke po vzdrževanju.

Če se stroj proizvaja v serijah, lahko standardizirane konfiguracije osvetlitve poenostavijo zamenjavo.

Dobra dostopnost lahko zmanjša čas nedelovanja in poenostavi redno vzdrževanje.

Izbira svetilke za strojno vizijo za opremo OEM

Ravnovesje med zmogljivostjo in stroški

Najdražja svetilka za strojno vizijo ni samodejno najboljša izbira. Proizvajalci opreme za originalno opremo (OEM) naj se osredotočijo na to, ali izbrana svetilka zagotavlja zahtevano kakovost slik in zmogljivost integracije.

Preprosta pregledava morda ne zahteva osvetlitvenega sistema z visokim izhodom.

Zahteven primer uporabe utemeljuje močnejšo osvetlitev ali bolj zapleten nadzor.

Prav tako je treba upoštevati stroške namestitve, nadzorne opreme, vzdrževanja in zamenjave.

Inženirji naj ocenijo celotno osvetlitveno rešitev, namesto da bi primerjali le nakupno ceno.

Prava ravnovesje je osvetlitvena konfiguracija, ki zagotavlja stabilne rezultate pregleda brez nepotrebnih tehničnih specifikacij.

Preizkušanje pred končno izbiro

Zakaj preizkusiti osvetlitev pred dokončanjem načrta? Ker same specifikacije ne morejo napovedati vsakega rezultata zajemanja slik.

Različni materiali se lahko različno odzovejo na isto osvetlitev.

Majhne spremembe kota svetlobe lahko znatno vplivajo na odseve in kontrast.

Kamera in objektiv lahko prav tako spremenita vidno delovanje svetilke za strojno vizijo.

Testiranje prototipov omogoča inženirjem, da ocenijo dejansko kakovost slike v realističnih pogojih.

Ta proces lahko razkrije težave z bleščanjem, sencami, nezadostno svetlostjo ali neenakomerno osvetlitvijo še pred serijsko proizvodnjo.

Za projekte OEM zgodnji testi osvetlitve zato zmanjšajo tveganja ponovnega oblikovanja in vzpostavitve sistema.

HIFLY rešitve za osvetlitev pri aplikacijah strojne vizije

Prilagajanje osvetlitve zahtevam sistema

Izbira svetilke za strojno vizijo je na koncu odločitev o slikanju, ne le izbira izdelka. Cilj pregleda, kamera, objektiv, delovna razdalja, vidno polje, svetlost in način nadzora se morajo vse skupaj uskladiti.

HIFLY ponuja osvetlitev za strojno vizijo in povezane komponente za vizijo za industrijske aplikacije za pregled, s čimer proizvajalcem opreme (OEM) in sistemskim integratorjem omogoča izbiro različnih zahtev glede slikanja.

Širši nabor osvetlitvenih rešitev lahko olajša primerjavo različnih struktur osvetlitve pred končno določitvijo arhitekture sistema.

Za aplikacije, ki uporabljajo več neodvisno krmiljenih luči, se lahko kot možnost tudi večkanalno krmiljenje osvetlitve uporabi za usklajevanje osvetlitve znotraj sistema za pregled.

Cilj naj bo vedno ustvariti stabilno sliko, ki jasno razkrije značilnost, ki se pregleduje.

Ko se osvetlitev izbere na podlagi celotne aplikacije namesto posamezne specifikacije, lahko inženirji OEM dosežejo bolj dosleden in vzdržljiv sistem za strojno vizijo.

Pogosta vprašanja

Kateri dejavnik je najpomembnejši pri izbiri svetilke za strojno vizijo?

Cilj pregleda je običajno najboljša začetna točka. Treba upoštevati površinske lastnosti, vrsto napake, fotoaparat, objektiv, delovno razdaljo in zahtevano kontrastnost.

Ali je močnejša svetloba za strojno vizijo vedno boljša?

Ne. Prevelika moč lahko povzroči bleščanje in preveliko izpostavljenost. Idealna jakost je tista, ki zagotovi jasno in dosledno sliko.

Ali naj se osvetlitev preizkusi skupaj z fotoaparatom?

Da. Dejanski fotoaparat, objektiv, predmet in namestitev osvetlitve je treba preizkusiti skupaj, saj optični pogoji lahko bistveno vplivajo na kakovost slike.

Kdaj je uporabna močna svetloba?

Močna svetloba je uporabna, kadar cilj pregleda zahteva močnejšo osvetlitev, delovna razdalja je relativno velika ali pa gre za zahtevne pogojee snemanja.