Посібник із LED-освітлення для систем машинного зору

Світлодіодне освітлення є основою надійного автоматизованого машинного зору — його швидкість, стабільність та спектральна узгодженість безпосередньо визначають точність перевірки у високошвидкісному виробництві. Як глобальний постачальник рішень у сфері машинного зору з 15-річним досвідом, компанія HIFLY Technology (Шеньчжень) пропонує промислові світлодіоди освітлення для машинного бачення (з сертифікацією ISO 9001:2015) клієнтам у більш ніж 30 країнах, відповідаючи суворим вимогам автоматизованих систем. Нижче ми детально розглядаємо, чому світлодіоди є незамінними, основні методи освітлення та оптимізацію під конкретні матеріали.

Чому світлодіодне освітлення є обов’язковим для надійної роботи освітлювальних приладів у машинному зорі

Фізика синхронізації світла та сенсора у високошвидкісній автоматизації

Щоб автоматизація на високих швидкостях працювала належним чином, синхронізація між спалахами світла та затвором камери має бути точна до мікросекунди. Світлодіоди (LED) можуть реагувати всього за 10 мікросекунд або менше — значно краще, ніж застарілі галогенні або флуоресцентні лампи, тому при швидкому контролі продукції рух не розмивається. Уявіть конвеєрну стрічку, що рухається зі швидкістю 5 метрів за секунду. Якщо освітлення запізнюється навіть на одну мілісекунду, це призводить до спотворення зображення на 5 мм, що може означати неправильну класифікацію дрібних електронних компонентів. Освітлення має залишатися стабільним без мерехтіння, щоб забезпечити однакову кількість світла для кожного кадру зображення. Це особливо важливо для систем оптичного розпізнавання символів (OCR), які повинні зчитувати маркування на понад 500 упаковках щохвилини. Підприємства з виробництва напівпровідників, де дефекти вимірюються в нанометрах, покладаються на LED-освітлення, яке підтримує зміни інтенсивності світла нижче 0,1 %. Ці технічні характеристики відповідають вимогам стандарту ISO 9022-18 та загальноприйнятим сучасним виробничим нормам.

LED проти галогенних проти флуоресцентних: термін служби, стабільність та спектральна узгодженість

Освітлення для машинного зору в основному замінюється світлодіодами, оскільки вони мають тривалий термін служби, кращий контроль кольору та зберігають стабільність протягом тривалого часу. Традиційні галогенні лампи втрачають близько 30 % яскравості вже після 1000 годин роботи. Флуоресцентні лампи також не набагато кращі: їхня колірна температура може змінюватися щомісяця на 300 К. Промислові світлодіоди високої якості розповідають іншу історію: ці високоякісні пристрої зберігають щонайменше 95 % початкової яскравості навіть після безперервної роботи понад 50 000 годин. Така стабільність має велике значення в застосуваннях, де важлива точність у часі, наприклад, при інспектуванні фармацевтичних блистерних упаковок під час виробничих циклів. Що справжньо виділяє світлодіоди — це їхня здатність випромінювати світло дуже конкретних довжин хвиль. Наприклад, якісний світлодіод випромінює червоне світло з довжиною хвилі 630 нм з відхиленням менше ніж 2 нм. Порівняйте це з галогенними лампами, енергія яких розподіляється в широкому спектрі кольорів із розмахом близько 40 нм. Більш вузький кольоровий діапазон світлодіодів забезпечує значно чіткіші зображення при пошуку мікродряпин на блискучих металевих поверхнях. Виробники повідомляють про скорочення кількості пропущених дефектів до 20 % після переходу від звичайних джерел світла до цих спеціалізованих світлодіодів.

Основні техніки освітлення для застосувань машинного зору

Ефективні освітлювальні установки для машинного зору безпосередньо визначають точність інспекції в автоматизованих системах. Вибір оптимальних технік мінімізує помилкові відхилення й одночасно максимізує виявлення дефектів на різноманітних матеріалах та поверхнях із різними властивостями.

Підсвічування ззаду та яскраве поле: оптимізація виявлення країв з урахуванням відбивної здатності поверхні

Підсвітка працює шляхом розміщення джерел світла позаду об'єктів, створюючи чіткі контрастні силуети, які дуже добре підходять для вимірювання розмірів та виявлення отворів. Існує також метод яскравого поля, при якому світло спрямовується під малим кутом — приблизно від 10 до 30 градусів — з передньої сторони, що робить текстуру поверхні більш вираженою. Поєднання обох підходів використовує різницю у способах відбиття світла різними матеріалами, підвищуючи точність виявлення країв на металевих компонентах приблизно на сорок відсотків порівняно з використанням звичайного розсіяного освітлення. Таке поєднання зменшує кількість вимірювальних помилок під час високоточного механічного оброблення й також сприяє правильному вирівнюванню деталей роботами.

Темне поле та коаксіальне освітлення: виявлення мікроподряпин на дзеркальних поверхнях

Освітлення в темному полі працює шляхом відбиття світла під кутами менше 30 градусів від поверхневих дефектів, що робить ці мікродряпини (менше 5 мікрон) помітними, тоді як звичайне освітлення повністю їх «пропускає». При коаксіальному освітленні світло проходить точно по тому самому шляху, що й оптична вісь об’єктива камери, тож воно нейтралізує ті неприємні блиски, які ми спостерігаємо на блискучих поверхнях — наприклад, на полірованому алюмінії чи склі з покриттями. У минулорічному дослідженні, опублікованому в журналі «Optics Manufacturing», також було виявлено цікавий факт: коли виробники поєднали обидва ці методи, кількість виявлених дряпин на металевих поверхнях зросла на 32 % порівняно з попередніми результатами. Крім того, кількість хибних спрацьовувань через блиск значно зменшилася. Ці методи сьогодні стали практично стандартними в галузях, де найбільш важливо забезпечити високу якість, зокрема під час контролю лакофарбових покриттів автомобілів та перевірки електронних компонентів, оскільки навіть найменший дефект у майбутньому може стати серйозною проблемою.

Структуроване лазерне освітлення для вилучення 3D-профілю в роботизованому керуванні

Коли структуроване лазерне освітлення проекціює ті точно виміряні лінійні патерни на об’єкт, те, що відбувається далі, справді вражає. Спосіб, у якому ці лінії спотворюються, дозволяє нам точно визначити форму об’єкта — з точністю до міліметра для тривимірної реконструкції. Для роботів, які мають брати деталі з контейнерів, збирати компоненти або слідувати по швах зварювання, ця інформація про глибину означає, що вони можуть миттєво коригувати свої траєкторії під час роботи. Практичні випробування показують, що такі системи забезпечують повторюваність вимірювань у межах 0,1 мм навіть при роботі зі складними формами. Така точність має велике значення, наприклад, у виробництві літаків, де деталі повинні ідеально підходити одна до одної, або при укладанні акумуляторних елементів, де навіть незначні неточності в позиціонуванні швидко накопичуються. Чому структуроване світло так добре справляється з цим завданням? Справа в тому, що, на відміну від звичайних 2D-камер, які мають проблеми, коли об’єкти розташовані не під тим кутом, що потрібно, ця технологія працює незалежно від орієнтації об’єкта чи його положення в просторі.

Оптимізація освітлення з урахуванням специфіки матеріалу для забезпечення точності освітлення у машинному зорі

Дифузне купольне освітлення для оптичного розпізнавання символів на напівпрозорій упаковці: усунення блискучих світлових плям

Прозора упаковка, наприклад, пластикові пляшки, матові баночки та маленькі блистерні упаковки для таблеток, створює справжні проблеми для систем оптичного розпізнавання символів через незвичайні відблиски, що приховують штрихкоди й етикетки. Рішення? Розсіювальне купольне освітлення охоплює об’єкти рівномірним, усестороннім та м’яким світлом під саме потрібним кутом. Ці купольні світлодіодні лампи мають спеціальну внутрішню вигнуту форму, яка розподіляє світло, а не дозволяє йому відбиватися прямо назад у камеру. І це дійсно чудово: м’яке освітлення чітко виокремлює дрібні рельєфні літери або лазерну гравірування, не «затоплюючи» їх. Деякі випробування в сфері упаковки показали, що таке освітлення підвищує частку успішного розпізнавання на близько 40 % порівняно зі звичайними точковими лампами. На швидкісних конвеєрних лініях, де продукція має круглу форму або частково прозора, виробники знову й знову обирають саме купольне освітлення, коли їм потрібні надійні результати від їхніх систем машинного зору.

Готові покращити освітлення у вашій автоматизованій системі?

Швидкість, стабільність та універсальність світлодіодного освітлення роблять його незамінним для автоматизованого машинного зору — однак успіх залежить від правильного підбору типу світлодіода та методу освітлення з урахуванням вашого конкретного застосування. Для промислових світлодіодних рішень або для поєднання освітлення з сумісними камерами машинного зору (як це пропонує HIFLY) обирайте постачальника, який розуміє унікальні вимоги автоматизованих систем.

15-річний досвід HIFLY у сфері машинного зору — включаючи світлодіоди, камери та інтегровані рішення — забезпечує точну відповідність швидкості вашого виробництва, розміру дефектів та вимог до матеріалів. Зв’яжіться з нами вже сьогодні, щоб отримати безкоштовну консультацію з метою удосконалення вашої системи освітлення.