Hướng dẫn chiếu sáng LED cho hệ thống thị giác máy tự động

Đèn LED là nền tảng đảm bảo tính đáng tin cậy của hệ thống thị giác máy tự động — tốc độ, độ ổn định và tính nhất quán quang phổ của nó trực tiếp quyết định độ chính xác trong kiểm tra trên dây chuyền sản xuất tốc độ cao. Với vai trò là nhà cung cấp giải pháp thị giác máy toàn cầu trong 15 năm, Công nghệ HIFLY (Thâm Quyến) cung cấp đèn LED đạt tiêu chuẩn công nghiệp ánh sáng hình ảnh máy (được chứng nhận theo tiêu chuẩn ISO 9001:2015) cho khách hàng tại hơn 30 quốc gia, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu khắt khe của hệ thống tự động. Dưới đây, chúng tôi phân tích lý do vì sao đèn LED là yếu tố không thể thiếu, các kỹ thuật chiếu sáng cốt lõi cũng như tối ưu hóa theo đặc tính vật liệu.

Tại sao đèn LED lại thiết yếu đối với hiệu suất chiếu sáng đáng tin cậy trong thị giác máy

Nguyên lý vật lý về sự đồng bộ giữa ánh sáng và cảm biến trong tự động hóa tốc độ cao

Để tự động hóa tốc độ cao hoạt động chính xác, thời điểm đồng bộ giữa các lần chớp sáng và cửa trập máy ảnh phải được điều chỉnh chính xác tới mức vi giây. Đèn LED có thể phản ứng trong vòng chỉ 10 microgiây hoặc ít hơn — nhanh hơn nhiều so với các loại đèn halogen hay đèn huỳnh quang truyền thống — do đó không xuất hiện hiện tượng nhòe chuyển động khi kiểm tra sản phẩm ở tốc độ cao. Hãy tưởng tượng một băng chuyền di chuyển với vận tốc 5 mét mỗi giây. Nếu hệ thống chiếu sáng bị trễ dù chỉ 1 mili giây, điều này sẽ gây ra độ biến dạng 5 mm trên hình ảnh, dẫn đến khả năng các linh kiện điện tử nhỏ bị phân loại sai. Hệ thống chiếu sáng phải duy trì độ ổn định tuyệt đối, không nhấp nháy, nhằm cung cấp lượng ánh sáng như nhau cho từng khung hình. Yêu cầu này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống nhận dạng ký tự quang học (OCR), vốn cần đọc nhãn trên hơn 500 bao bì mỗi phút. Các nhà máy bán dẫn, nơi phát hiện lỗi được đo ở cấp độ nanomet, phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống chiếu sáng LED đảm bảo độ dao động cường độ dưới 0,1%. Các thông số kỹ thuật này đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn ISO 9022-18 cũng như những thực hành tốt nhất mà đa số nhà sản xuất hiện nay áp dụng.

LED so với Halogen so với Huỳnh quang: Tuổi thọ, Độ ổn định và Độ nhất quán phổ

Chiếu sáng thị giác máy (machine vision lighting) hiện nay chủ yếu sử dụng đèn LED vì chúng có tuổi thọ cao hơn, kiểm soát màu tốt hơn và duy trì độ ổn định theo thời gian. Đèn halogen truyền thống suy giảm khoảng 30% độ sáng chỉ sau 1.000 giờ vận hành. Các ống huỳnh quang cũng không khá hơn là bao: nhiệt độ màu của chúng có thể thay đổi tới 300K mỗi tháng. Tuy nhiên, đèn LED công nghiệp lại kể một câu chuyện khác. Những thiết bị chất lượng cao này vẫn giữ được ít nhất 95% độ sáng ban đầu ngay cả sau khi hoạt động liên tục hơn 50.000 giờ. Sự ổn định như vậy đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác về thời gian tuyệt đối, ví dụ như khi kiểm tra vỉ thuốc dạng bọt (pharmaceutical blister packs) trong quá trình sản xuất. Điều khiến đèn LED thực sự nổi bật là khả năng phát ra ánh sáng ở những bước sóng rất cụ thể. Chẳng hạn, một đèn LED chất lượng tốt sẽ phát ra ánh sáng đỏ ở bước sóng 630 nm với độ sai lệch bước sóng dưới 2 nm. So sánh với bóng đèn halogen, vốn phân tán năng lượng trên một dải phổ màu rộng khoảng 40 nm. Việc tập trung màu sắc chặt chẽ hơn từ đèn LED tạo ra hình ảnh rõ nét hơn đáng kể khi phát hiện những vết xước vi mô trên bề mặt kim loại bóng. Các nhà sản xuất báo cáo rằng tỷ lệ lỗi bị bỏ sót giảm tới 20% khi chuyển từ nguồn sáng tiêu chuẩn sang những đèn LED chuyên dụng này.

Các Kỹ thuật Chiếu sáng Cốt lõi cho Ứng dụng Đèn Thị giác Máy

Các thiết lập đèn thị giác máy hiệu quả trực tiếp quyết định độ chính xác của quá trình kiểm tra trong các hệ thống tự động. Việc lựa chọn kỹ thuật tối ưu giúp giảm thiểu tình trạng loại bỏ sai trong khi tối đa hóa khả năng phát hiện khuyết tật trên nhiều loại vật liệu và đặc tính bề mặt khác nhau.

Chiếu sáng từ phía sau và Chiếu sáng trường sáng: Tối ưu hóa Phát hiện Đường viền dựa trên Độ phản xạ Bề mặt

Chiếu sáng nền hoạt động bằng cách đặt các nguồn sáng phía sau các vật thể, tạo ra những hình dáng viền tương phản sắc nét rất phù hợp để đo kích thước và phát hiện lỗ hổng. Tiếp theo là kỹ thuật chiếu sáng mặt trước (bright field), trong đó ánh sáng được chiếu dưới góc nghiêng nông từ khoảng 10 đến 30 độ so với mặt trước, giúp làm nổi bật rõ hơn kết cấu bề mặt. Khi kết hợp cả hai phương pháp này, hệ thống tận dụng sự khác biệt trong cách các vật liệu phản xạ ánh sáng, nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện cạnh trên các chi tiết kim loại lên khoảng bốn mươi phần trăm so với việc chỉ sử dụng chiếu sáng khuếch tán thông thường. Sự kết hợp này giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình đo lường khi gia công chính xác và đồng thời hỗ trợ robot căn chỉnh các bộ phận một cách chính xác.

Chiếu sáng trường tối và chiếu sáng đồng trục: Phát hiện các vết xước vi mô trên bề mặt bóng

Chiếu sáng nền tối hoạt động bằng cách phản xạ ánh sáng dưới góc nghiêng nhỏ hơn 30 độ trên các khuyết tật bề mặt, nhờ đó làm hiện rõ những vết xước vi mô (nhỏ hơn 5 micron) mà ánh sáng thông thường hoàn toàn không thể phát hiện được. Với chiếu sáng đồng trục, ánh sáng thực tế di chuyển dọc theo cùng một đường đi với trục ống kính máy ảnh, do đó loại bỏ hoàn toàn những phản xạ gây khó chịu mà chúng ta thường thấy trên các bề mặt bóng như nhôm đánh bóng hoặc kính có lớp phủ. Một nghiên cứu công bố năm ngoái trên tạp chí Optics Manufacturing cũng chỉ ra một phát hiện thú vị: Khi các nhà sản xuất kết hợp cả hai phương pháp này đồng thời, họ phát hiện được nhiều hơn 32% vết xước trên bề mặt kim loại so với trước đây. Đồng thời, số lượng cảnh báo sai do chói sáng cũng giảm đáng kể. Hiện nay, những kỹ thuật này đã trở nên khá tiêu chuẩn trong các ngành công nghiệp nơi chất lượng là yếu tố quan trọng nhất, đặc biệt trong kiểm tra lớp sơn xe hơi và xác minh các linh kiện điện tử—nơi ngay cả khuyết tật nhỏ nhất cũng có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng về sau.

Chiếu sáng laser cấu trúc để trích xuất hồ sơ 3D trong định hướng robot

Khi ánh sáng laser có cấu trúc chiếu những mẫu đường thẳng được đo đạc cẩn thận lên một vật thể, điều xảy ra tiếp theo thật sự rất ấn tượng. Cách các đường này bị biến dạng cho phép chúng ta xác định chính xác hình dạng của vật thể, với độ chính xác tới mức milimét trong các mô hình tái tạo 3D. Đối với robot đang cố gắng nhặt linh kiện từ các thùng chứa, lắp ráp các thành phần hoặc đi theo các đường hàn, thông tin chiều sâu này giúp chúng điều chỉnh ngay lập tức quỹ đạo chuyển động trong quá trình làm việc. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy những hệ thống này có thể lặp lại các phép đo với độ sai lệch chỉ 0,1 mm, ngay cả khi xử lý các hình dạng phức tạp. Độ chính xác như vậy đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như sản xuất máy bay — nơi các bộ phận phải khớp hoàn hảo với nhau — hoặc trong việc xếp chồng các tế bào pin, nơi những sai lệch nhỏ cũng nhanh chóng tích lũy và gây ảnh hưởng nghiêm trọng. Điều gì khiến kỹ thuật chiếu sáng có cấu trúc trở nên vượt trội? Thực tế, khác với các camera 2D thông thường vốn gặp khó khăn khi vật thể không hướng đúng về phía camera, kỹ thuật này hoạt động hiệu quả bất kể vị trí đặt hay hướng đặt của vật thể trong không gian.

Tối ưu hóa chiếu sáng theo đặc tính vật liệu nhằm nâng cao độ chính xác của ánh sáng trong thị giác máy

Chiếu sáng vòm khuếch tán cho nhận dạng ký tự quang học (OCR) trên bao bì bán trong suốt: Loại bỏ các điểm sáng phản xạ mạnh

Bao bì trong suốt như chai nhựa, lọ mờ đục và các vỉ thuốc nhỏ gây ra những vấn đề thực sự cho các hệ thống nhận dạng ký tự quang học (OCR) do các hiện tượng phản xạ kỳ lạ làm che khuất mã vạch và nhãn dán. Giải pháp? Đèn chiếu hình vòm khuếch tán bao quanh vật thể bằng ánh sáng dịu đều, chiếu từ mọi hướng ở góc độ vừa phải. Những đèn vòm này có hình dáng cong đặc biệt bên trong nhằm phân tán ánh sáng thay vì để ánh sáng phản xạ trực tiếp trở lại vào camera. Kết quả đạt được khá ấn tượng: ánh sáng mềm mại giúp làm nổi bật rõ ràng các chữ in nổi nhỏ hoặc các ký hiệu khắc laser mà không bị loá hay nhòe. Một số thử nghiệm trong ngành bao bì cho thấy loại đèn này có thể cải thiện tỷ lệ đọc thành công lên khoảng 40% so với đèn chiếu điểm thông thường. Trên các dây chuyền lắp ráp vận hành tốc độ cao, nơi sản phẩm có dạng tròn hoặc bán trong suốt, các nhà sản xuất liên tục lựa chọn đèn vòm này khi cần kết quả đáng tin cậy từ hệ thống thị giác máy của họ.

Sẵn sàng nâng cao hệ thống chiếu sáng cho hệ thống tự động của bạn?

Tốc độ, độ ổn định và tính linh hoạt của đèn LED khiến nó trở thành lựa chọn không thể thay thế trong thị giác máy công nghiệp tự động—tuy nhiên, thành công phụ thuộc vào việc lựa chọn đúng loại LED và kỹ thuật chiếu sáng phù hợp với ứng dụng cụ thể của bạn. Đối với các giải pháp chiếu sáng LED đạt tiêu chuẩn công nghiệp hoặc để tích hợp đèn LED với các camera thị giác máy bổ sung (như do HIFLY cung cấp), hãy hợp tác cùng một nhà cung cấp am hiểu những yêu cầu đặc thù của các hệ thống tự động.

Với 15 năm kinh nghiệm chuyên sâu của HIFLY trong lĩnh vực thị giác máy—bao quát cả đèn LED, camera và các giải pháp tích hợp—chúng tôi cam kết đảm bảo giải pháp chiếu sáng phù hợp với tốc độ sản xuất, kích thước khuyết tật và đặc tính vật liệu của bạn. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để được tư vấn miễn phí và tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng của bạn.