Типи джерел світла для машинного зору: як обрати найкраще освітлення

Вибір правильного світло машинного бачення якісне освітлення є ключовим чинником надійного контролю — погане освітлення призводить до пропущених дефектів, неправильних відмов та зниження показника ефективності інвестицій (ROI). Як глобальний постачальник рішень у галузі машинного зору з 15-річним досвідом, компанія HIFLY Technology (Шеньчжень) пропонує повний асортимент промислових джерел освітлення, сертифікованих за стандартом ISO 9001:2015, і обслуговує клієнтів у понад 30 країнах. Нижче ми детально розглядаємо основні типи джерел світла для машинного зору, критичні критерії їхнього вибору та практичні приклади застосування, щоб допомогти вам ухвалити обґрунтовані рішення.

Основні типи джерел світла для машинного зору та їхні оптичні функції

Світлодіодні смуги, кільцеві та плоскі світлодіодні лампи: геометрія, охоплення та акцентування країв

Смугові світлодіодні лампи випромінюють сфокусоване світло, що чудово підходить для виявлення дефектів у вигляді прямих ліній і підкреслення країв під час інспекції об’єктів на конвеєрних стрічках. Кільцеві світлодіодні лампи розташовуються навколо об’єктивів у вигляді кільця й забезпечують рівне переднє освітлення, що зменшує тіні при огляді круглих об’єктів і полегшує виявлення дрібних деталей. Плоскі панельні світлодіодні лампи рівномірно розподіляють світло по поверхнях, тому на блискучих електронних компонентах утворюється менше блиску, а шанси виявити поверхневі дефекти, такі як подряпини, зростають. Нещодавнє дослідження, проведене оптичними інженерами у 2024 році, показало, що застосування цих спеціально спроектованих світлодіодних ламп підвищує чіткість візуалізації країв приблизно на 28 % порівняно зі звичайними умовами освітлення. Таке покращення має велике значення в системах контролю якості, де пропущені деталі можуть коштувати компаніям значних фінансових втрат.

Заднє освітлення, лінійні та купольні світлодіодні лампи: розв’язання завдань, пов’язаних із прозорістю, тривимірною формою та дзеркально відбиваючими поверхнями

Під час роботи з прозорими або напівпрозорими матеріалами, такими як скляні флакони, підсвітка ззаду допомагає виявити те, що знаходиться всередині. Вона робить помітними ті маленькі бульбашки та відмінності в товщині, які мають таке велике значення для контролю якості у виробництві лікарських засобів. Існують також генератори ліній, які проекціюють лазерні шаблони на поверхні. Їх основне призначення — створити карти тривимірного форми, які допомагають технікам перевіряти зварні шви та точно вимірювати розміри. Для блискучих поверхонь, де відблиски можуть створювати проблеми, застосовуються купольні світлодіодні лампи. Ці спеціальні джерела світла розподіляють світло з кількох кутів, забезпечуючи рівномірне освітлення без тіней. Це має вирішальне значення під час виявлення мікроскопічних подряпин на полірованих металах або фарбуванні кузовів автомобілів — поверхнях, що виглядають ідеально, але можуть мати приховані дефекти. Деякі випробування, проведені на заводах з виробництва напівпровідників, також дали цікаві результати: під час інспекції дзеркальних поверхонь кремнієвих пластин за допомогою поляризованого купольного освітлення виробники зафіксували приблизно на 19 % зниження кількості хибних відмов. Це непоганий результат для підвищення ефективності без ушкодження стандартів.

Ключові критерії вибору для продуктивності освітлення машинного зору

Кут, положення та розсіювання: контроль контрасту, тіней та видимості ознак

Те, як світло падає на об'єкт, може мати вирішальне значення: чи ми чітко бачимо деталі, чи зовсім їх пропускаємо. Коли йдеться про переднє освітлення, воно навіть посилює видимість мікронедоліків на металевих поверхнях, наприклад подряпин. Бічне освітлення під кутом приблизно від тридцяти до сорока п’яти градусів також краще підкреслює текстуру — саме тому воно так ефективно використовується під час інспекції паяних з’єднань на друкованих платах (PCB). Розсіювання світла перетворює ті неприємні блискучі плями на корисну інформацію. Світлодіодні купольні джерела світла надзвичайно ефективні при огляді складних криволінійних автокомпонентів, де яскраві плями зазвичай спотворюють всю картину, забезпечуючи, за відгуками більшості фахівців у цій галузі, приблизно на відсоток кращі результати вимірювань. Розміщення джерел світла саме в потрібному місці зменшує проблеми з тінями, що призводять до помилкових відмов. Для плоских об’єктів коаксіальне освітлення працює дуже добре. Заднє освітлення створює чіткі контури, що сприяють точному вимірюванню розмірів. Однак якщо неправильно підібрати розсіювання — будь то при передньому чи задньому освітленні — раптово доводиться витрачати зайвий час на усунення проблем, спричинених поганими умовами освітлення, а іноді майже чверть загального часу обробки йде на це.

Вибір довжини хвилі (УФ–видиме–ІЧ): підвищення матеріалозалежного контрасту та відповідності нормативним вимогам

Те, як різні матеріали реагують, визначає, які довжини хвиль найкраще підходять для завдань інспекції. Наприклад, УФ-світло з довжиною хвилі 365 нм дозволяє приклад, виявити неприємні забруднення, такі як залишки клею на медичному обладнанні. Тим часом, інфрачервоне світло з довжиною хвилі близько 850 нм проникає крізь упакувальні шари, що дає змогу перевірити вміст харчових продуктів без їх відкривання. Щодо кольорів видимого світла, певні відтінки забезпечують кращий контраст щодо дефектів. Синє світло з довжиною хвилі приблизно 470 нм чітко виокремлює помаранчеві дефекти на напівпровідникових пластинах, що покращує нашу здатність виявляти проблеми порівняно зі звичайним білим освітленням. Виробники повинні дотримуватися стандартів МЕК 62,471інструкції щодо техніки безпеки щодо захисту очей під час роботи з ІЧ-випромінюванням на їхніх виробничих лініях. Фермери та працівники упакувальних підприємств також отримують переваги від ближнього інфрачервоного (ІЧ) технології, оскільки вона виявляє пошкодження (потовщення) на фруктах і овочах, які ніхто не помітив би неозброєним оком. Проте деякі матеріали чутливі до тепла, зокрема різні види плівок із пластику, тому під час контролю якості необхідно уважно регулювати експозицію як УФ-, так і ІЧ-випромінювання, щоб уникнути пошкодження об’єктів, які ми намагаємося дослідити.

Як освітлення безпосередньо впливає на точність виявлення та ROI

Кількісна оцінка покращення якості зображень: коефіцієнт контрасту, співвідношення сигнал/шум та підвищення ефективності виявлення дефектів

Оптимальне освітлення для машинного зору покращує базові метрики отримання зображень:

• Контрастність зростає на 30–60 % за умови направленого освітлення, що робить мікротріщини та дрібні поверхневі аномалії чітко вираженими на тлі фону.
• Співвідношення сигнал/шум (SNR) покращується на 15 дБ за умови рівномірного освітлення, що зменшує зернистість при швидкісному контролі.
• Підвищення ефективності виявлення дефектів досягає 40 % у процесі перевірки автокомпонентів, коли поєднуються підсвітка та багатовісне зображення. Вищий контраст і співвідношення сигналу до шуму дозволяють алгоритмам виявляти аномалії розміром менше одного міліметра, що перевищує можливості людського зору.

Вартість поганого освітлення: хибні відхилення, повторна обробка та простої системи (дані AIA, 2023 р.)

Недостатнє освітлення призводить до ланцюгових експлуатаційних збоїв:

• Хибні відхилення зростають на 22 % за умов нестабільних довжин хвиль, що призводить до непотрібного бракування справних компонентів.
• Витрати на переділку споживають 18 % виробничих бюджетів, коли блиск затуляє дефекти зварних швів.
• Простої системи становить у середньому 15 000 дол. США/годину під час рекалібрування — найчастіше через теплове зміщення світлодіодних матриць (AIA, 2023 р.). Загалом ці помилки зменшують чистий прибуток на 34 % серед 200 досліджених виробничих майданчиків. Проактивна оптимізація освітлення запобігає втратам обсягом приблизно 740 000 дол. США на рік у високопродуктивних лініях збирання електроніки.

Практичні приклади застосування: відповідність освітлення для машинного зору потребам галузі

Справжня цінність оптичних систем стає очевидною при аналізі конкретних результатів у промисловості, де спеціалізоване освітлення вирішує унікальні завдання візуального контролю. Розглянемо, наприклад, автомобільні заводи: купольне освітлення допомагає позбутися неприємних блисків на криволінійних деталях, що дозволяє робітникам правильно перевіряти зварні шви. Дослідження показують, що такий підхід виявляє дефекти приблизно на 40 % ефективніше, ніж звичайні цехові лампи під час перевірок якості. У сфері виробництва електроніки застосовують спеціальні коаксіальні світлодіодні джерела світла, що випромінюють синє світло з довжиною хвилі 470 нм, для виявлення мікроскопічних паяних з’єднань на друкованих платах. Цей метод зменшує кількість хибних спрацьовувань приблизно на 32 %, про що підтверджують останні галузеві випробування минулого року. І не слід забувати й про підприємства харчової промисловості: вони встановлюють промислові зворотні освітлювальні пристрої зі ступенем захисту IP69K і додатковими УФ-функціями, щоб виявляти будь-які сторонні включення всередині прозорих упаковок, одночасно відповідаючи жорстким вимогам регуляторів щодо чистоти.

Коли йдеться про системи перевірки упаковки, повернення інвестицій стає досить очевидним, якщо розглянути, як оптимізоване освітлення. Спрямовані планкові світлодіодні лампи справді забезпечують суттєву перевагу при розпізнаванні оптичних символів (OCR) на складних поверхнях, наприклад, на зм’ятих етикетках або блискучих металевих фольгах. Ці спеціалізовані джерела світла забезпечують показник першого успішного зчитування близько 99,7 % у процесах серіалізації фармацевтичної продукції порівняно з лише 85–90 % за використання звичайних систем освітлення. У сфері виробництва текстилю компанії повідомляють про підвищення швидкості інспекції приблизно на 27 % завдяки багатокутним світлодіодним матрицям, які дійсно виявляють дефектні особливості тканинної структури, що в іншому разі залишилися б непоміченими за звичайних умов освітлення в цеху. Ознайомтеся з цифрами в наведеній нижче таблиці, що демонструють ці покращення в різних галузях.

Ці еталонні показники підтверджують, що вибір структурованого освітлення — а не просто максимальна яскравість — забезпечує вимірювані покращення точності й одночасно враховує регуляторні вимоги, що діють у кожній галузі. Оптимальна конфігурація освітлення для машинного зору формується на основі конкретних, вимірюваних вимог до підсилення ознак, а не загальних технічних характеристик, що доводить: оптика, адаптована під конкретну задачу, кардинально підвищує надійність інспекції.

Готові оптимізувати освітлення для вашої системи машинного зору?

Правильне освітлення для машинного зору перетворює інспекцію з витратного центру на конкурентну перевагу — ключ до успіху полягає в узгодженні типу, кута та довжини хвилі світла з вашим матеріалом, завданням і умовами навколишнього середовища. Для отримання спеціалізованої консультації або доступу до промислових рішень у сфері освітлення (включаючи варіанти зі спеціально підібраною довжиною хвилі та стійкі до екстремальних умов) співпрацюйте з постачальником, що має доведений досвід роботи в галузі.

HIFLY 15 років досвіду в галузі машинного зору — від освітлювальних приладів до камер і інтегрованих систем — забезпечують надійні та відповідні вимогам рішення, що максимізують точність і ROI. Зв’яжіться з нами сьогодні, щоб отримати безкоштовну консультацію без зобов’язань і вдосконалити вашу систему освітлення.