Chọn Kích Thước Của Đèn Thị Giác Máy

Công nghệ thị giác máy là một trụ cột quan trọng của tự động hóa công nghiệp và sản xuất thông minh hiện đại, được ứng dụng rộng rãi trong kiểm tra, định vị, kiểm soát chất lượng và các lĩnh vực khác. Trong đó, công nghệ thị giác 2D, 2.5D và 3D là ba công nghệ cốt lõi, mỗi loại có những đặc điểm và tình huống ứng dụng khác nhau.

I. nền tảng

Khi đánh giá một phương án nguồn sáng nhìn thấy, việc dành sẵn không gian phù hợp cho nguồn sáng nhìn thấy là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc.

Trong quá trình đánh giá, nếu chưa thực hiện trước việc kiểm tra và xác minh nguồn sáng, thì ở giai đoạn sau có thể xảy ra vấn đề không gian dự trữ quá nhỏ. Điều đó có nghĩa là kích thước thực tế của nguồn sáng thường lớn hơn không gian đã dự kiến ban đầu, từ đó ảnh hưởng đến toàn bộ dự án; nếu sử dụng một nguồn sáng có kích thước nhỏ hơn để đáp ứng yêu cầu về kích thước, chất lượng hình ảnh thường kém và hiệu quả chiếu sáng không như mong muốn do sự không tương thích của nguồn sáng, cũng từ đó ảnh hưởng đến tiến độ chung của dự án. Cuối cùng, vẫn phải điều chỉnh lại không gian lắp đặt theo đúng kích thước thực tế của nguồn sáng, toàn bộ quá trình này vừa tốn thời gian lại vất vả.

Do đó, việc thực hiện tốt công tác đánh giá lựa chọn nguồn sáng trong giai đoạn đầu khi đánh giá phương án thị giác là đặc biệt quan trọng. Hiện nay, hầu hết các phương án thị giác đều tiến hành thử nghiệm chiếu sáng trước để xác định kích thước và độ cao của nguồn sáng, sau đó mới thiết kế các bộ phận khác, điều này sẽ rất hữu ích cho việc triển khai thuận lợi toàn bộ dự án ở giai đoạn sau.

II. Các Trường Hợp Lựa Chọn

Dưới đây là hai hình ảnh so sánh hiệu quả hình ảnh của nguồn sáng lớn và nhỏ: Hình 1 cho thấy do nguồn sáng nhỏ nên vết sáng không thể phủ kín toàn bộ trường nhìn; Hình 2 cho thấy kích thước nguồn sáng phù hợp, có thể bao phủ toàn bộ trường nhìn, hiệu ứng tổng thể đồng đều và các đặc điểm phát hiện rõ ràng.

Chúng ta có thể chọn một nguồn sáng có kích thước phù hợp mà không cần thử nghiệm chiếu sáng ban đầu như thế nào? Sau khi có được các mẫu thử nghiệm, chúng ta cần hiểu rõ các đặc điểm phát hiện, xác định loại đường quang và màu sắc của nguồn sáng, sau khi lựa chọn các yếu tố này, chúng ta có thể xác định kích thước cần thiết của nguồn sáng.

Có chủ yếu ba điểm làm cơ sở tham khảo. Điểm thứ nhất: chế độ chiếu sáng, có hai loại chế độ chiếu sáng, một là chiếu sáng phía trước, hai là chiếu sáng từ dưới nền; Điểm thứ hai: lựa chọn ống kính, có hai loại ống kính, cụ thể là ống kính FA và ống kính telecentric; Điểm thứ ba: khoảng cách làm việc và kích thước trường quan sát của cấu trúc nguồn sáng.

III. Chế độ chiếu sáng

Xét từ chế độ chiếu sáng phía trước xem bề mặt sản phẩm cần kiểm tra có nhẵn bóng và phản quang hay không, bề mặt không phản quang có yêu cầu thấp hơn về kích thước nguồn sáng, một nguồn sáng khoảng 1/2 trường quan sát là đủ.

Lấy bề mặt phản xạ làm ví dụ để xác định cách chọn kích thước nguồn sáng, trước tiên cần phát hiện các đặc điểm trên bề mặt phản xạ, đồng thời đảm bảo vùng sáng phủ toàn bộ trường nhìn và tạo thành hình ảnh đồng nhất, điều này sẽ mang lại độ tương phản tốt hơn.  

Đồng thời, cần biết ba thông số: kích thước tâm mục tiêu của camera, khoảng cách làm việc từ camera đến bề mặt cần phát hiện, và kích thước trường nhìn (chiều dài và chiều rộng của trường nhìn tương ứng với chiều dài và chiều rộng của chip camera). Thứ hai, nếu ống kính là loại FA lens, thì cũng cần biết thông số góc kẹp. Theo đó, ta có thể xác định được góc chiếu và góc phản xạ của ống kính camera, như minh họa trong các hình dưới đây (Hình 3, Hình 4, Hình 5). Có thể thấy rằng sự chiếu và phản xạ tạo thành hình dạng chữ W. Nếu nguồn sáng nằm ngoài góc chiếu (như trong Hình 3), sẽ xuất hiện đốm sáng trong vùng góc phản xạ; nếu nguồn sáng nằm ở vị trí tới hạn của góc phản xạ (như trong Hình 4), đốm sáng sẽ xuất hiện ở mép vùng hình ảnh; chỉ khi nguồn sáng nằm bên ngoài mép phản xạ (W) (như trong Hình 5) thì mới đạt được hiệu ứng hình ảnh đồng đều.

Điều này cũng áp dụng tương tự cho chiếu sáng viền dưới, nhưng không cần tính đến góc phản xạ. Càng xa nguồn sáng so với bề mặt phát hiện, khoảng cách độ rộng mở rộng của góc chiếu càng lớn. Khi chọn đèn viền cho lens FA, có thể tính toán và đánh giá theo cách này. Như trong hình dưới đây:

IV. Lựa chọn Lens

Hai chế độ chiếu sáng nêu trên chỉ đề cập đến lens FA, hình ảnh và văn bản cũng lấy lens FA làm ví dụ tham khảo. Ngoài ra còn có một loại lens nữa cần được giải thích, đó chính là lens telecentric thường dùng. Lens telecentric cơ bản thuộc loại đường quang song song, vì vậy khi chọn kích thước nguồn sáng dùng với lens telecentric, chúng ta chỉ cần nguồn sáng lớn hơn một chút so với trường quan sát thực tế. Như trong hình dưới đây:

V. Khoảng cách làm việc và kích thước trường quan sát của cấu trúc nguồn sáng

Sau khi biết tâm mục tiêu camera và khoảng cách làm việc, góc ống kính, khoảng cách làm việc của nguồn sáng và trường nhìn, kích thước của nguồn sáng có thể được xác định thông qua tính toán. Đồng thời, có thể sử dụng các phần mềm như CAD để vẽ hình ảnh dựa trên các thông số, từ đó trực quan nhìn thấy vị trí của vùng sáng do nguồn sáng tạo ra và xác định xem kích thước nguồn sáng đã chọn có phù hợp hay không. Như trong hình dưới đây:

Khi ống kính là loại ống kính FA thông thường, mối quan hệ giữa khoảng cách làm việc của nguồn sáng wd và chiều dài ánh sáng bề mặt L có thể được xác định dựa trên đặc tính của tam giác đồng dạng:  

WD/(WD+wd)=FOV/L

Khi ống kính là một ống kính telecentric, vị trí lắp đặt của nguồn sáng được chọn chỉ cần đảm bảo rằng  L > FOV.

Vi. kết luận

Trong giải pháp kiểm tra thị giác máy, việc lựa chọn nguồn sáng nhìn thấy là một phần quan trọng. Việc lựa chọn đúng giải pháp nguồn sáng sẽ góp phần thuận lợi cho quá trình vận hành của toàn bộ hệ thống thị giác, đồng thời một nguồn sáng phù hợp có thể giúp tiết kiệm hiệu quả chi phí và không gian lắp đặt của thiết bị.