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机器视觉光源

日期: 2020-10-28
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机器视觉光源


  光源


机器视觉系统主要由图像采集、图像处理与分析、输出或显示三部分组成。图像采集是机器视觉的核心,图像采集系统由光源、镜头和摄像头组成。光源的选择和照明的合理性至少可以直接影响30%的成像质量。因此,光源是机器视觉系统中非常重要的一部分。


  影响


  通过适当的光照设计,可以优化分离图像中的目标信息和背景信息,可以大大降低图像处理算法分割和识别的难度,同时提高系统的定位和测量精度,从而提高系统的可靠性和综合性能。反之,如果光源设计不当,会导致图像处理算法和成像系统的设计事半功倍。因此,光源和光学系统设计的成败是决定系统成败的首要因素。


  照亮目标,提高目标亮度;


  突出测量特征,简化图像处理算法;


  克服环境光的干扰,保证图像的稳定性,提高图像的信噪比;


  提高视觉系统的定位、测量和识别精度以及系统的运行速度;


  降低系统设计的复杂度,形成最有利于图像处理的成像效果;


  分类


  1.环形光源


  环形光源提供不同的照明角度和不同的颜色组合,可以更好地突出物体的三维信息;高亮度高密度LED阵列;多种紧凑设计节省安装空间;解决对角光照阴影问题;可选的扩散板可以导光,光线扩散均匀。应用领域:PCB基板检测、IC元器件检测、显微镜照明、液晶校正、塑料容器检测、集成电路印刷检测


  2.背后照明


  利用高密度LED阵列面提供高强度背光照明,可以突出物体的轮廓特征,特别适合作为显微镜载物台。红白两用背光和红蓝两用背光可以混合不同的颜色,以满足不同被测对象的多色要求。应用领域:机械零件尺寸测量、电子元器件和ic的外观检查、薄膜污点检查、透明物体划痕检查等。


  3.条形光源


  条形光源是大型方形结构物体的首选光源。颜色可以根据需要搭配,自由组合;照射角度和安装可随意调整。应用:金属表面检测、图像扫描、表面裂纹检测、LCD面板检测等。


  4.同轴光源


  同轴光源可以消除物体表面不平整带来的阴影,从而减少干扰;部分采用分光镜设计,减少光损失,提高成像清晰度,均匀照射物面。应用领域:系列光源最适合检测金属、玻璃、薄膜、晶圆等表面的划痕。检测芯片和硅片的损坏,定位标记点,识别包装条码。


  5.AOI特殊光源不同角度的三色照明,凸显焊锡的立体信息;加扩散板导光,减少反射;不同角度的组合;应用领域:用于电路板的焊接测试。


  6.球形整体光源


  整体效果的半球形内壁将底部发出的光线均匀反射360度,使得整个图像的照度非常均匀。应用领域:适用于曲面、凹凸面、曲面的检测,或金属、玻璃表面强反光物体的检测。


  7.线性光源


  超高亮度,柱面透镜对焦,适用于各种生产线的连续检测。应用领域:阵列摄像机专用于照明和AOI。


  8.点光源


  大功率LED,体积小,发光强度高;光纤卤素灯的替代品,特别适合作为透镜的同轴光源;高效散热装置,大大提高光源的使用寿命。应用领域:适用于远心透镜,用于芯片检测、标记点定位、晶圆和液晶玻璃基板校正。


  9.组合条形光源


  四面装有条形灯,每一面的照度都是独立可控的;所需照明角度可根据被测物体的要求进行调整,适用性广。应用案例:CB基板检测、IC元器件检测、焊锡检测、标志点定位、显微镜照明、包装条码照明、球形物体照明等。


  10.对准光源


  对准速度快;视野大;精度高;体积小,便于检测和集成;高亮度,可选辅助环形光源。应用领域:VA系列光源是自动线路板印刷机对位专用光源。


  发光二极管光源的特性


  目前,机器视觉光源主要采用LED(发光二极管),由于其形状自由度高、使用寿命长、响应速度快、单色性好、颜色多样、综合性价比高等优点,在行业中得到广泛应用。


  形状自由


  一个LED光源由多个单个的LED组成,所以相对于其他光源,可以做成更多的形状,更容易根据用户的情况来设计光源的形状和大小。


  长使用寿命


  为了使图像处理单元获得准确和可重复的测量结果,照明系统必须确保它能够长期提供稳定的图像输入。连续运行10000到30000小时后,LED光源亮度下降,但远好于其他类型的光源。此外,通过使用控制系统使其间歇工作,可以抑制发光管的发热,使用寿命将提高一倍。


  响应速度快


  LED发光管响应时间很短。响应时间的真正含义是保证多个光源或一个光源的不同区域之间根据需要进行工作切换。用专用控制器给LED光源供电时,达到最大照度的时间不到10 s。


  颜色多样性


  除了光源的形状,获得稳定图像输入的另一个方面是选择光源的颜色。即使是形状相同的光源,也会因为颜色不同而得到不同的图像。事实上,如何利用光源颜色的技术特性来获得最佳的对比度图像效果一直是光源发展的主要方向。综合运行成本低


  选择价格低廉、性能无保障的产品,初期的投资节省很快就会被日常的维护和维修费用抵消。其他光源不仅耗电量是LED光源的2-10倍,而且几乎每个月都需要更换,浪费了维修工程师很多宝贵的时间。而且光源投入越多,设备更换和人工成本就越大。因此,从长远来看,选择寿命长的LED光源是经济的。


  如何选择


  环境需求分析


  1.了解客户对系统结构和操作的要求,确定工业相机、光源和被测对象的空间结构关系。


  确定的参数有:FOV,WD;


  2.空间结构有:直射、侧射和背射;


  直接结构光源——部分环形光源、同轴光源和圆顶光源;


  侧发射结构的光源——部分环形光源、条形光源、线光源和点光源;


  背面照明-方形背光和条形背光。


  物体的表面纹理和颜色分析


  1.物体的表面是弯曲的还是平坦的?表面光滑吗?反射强吗?


  表面检查应使用圆顶光源,光滑平面应使用同轴光源,粗糙平面应使用明场光源。


  2.物体的透光率是多少?


  红外光源可用于透光率好的物体。


  3.区分背景(我们不需要检测)是什么颜色,前景(我们需要检测)是什么颜色。


  好的光源意味着好的对比度——背景和前景都很清晰。


  4.前景颜色变化很大


  应使用彩色光源和白色光源;


  选择摘要


  1.前景和背景需要更大的对比度?考虑使用黑白相机和彩色光源


  2.环境光的问题?尝试使用带滤光器的单色光源


  3.闪光曲面?尝试散射顶灯


  闪光,平坦,但表面粗糙?尝试同轴散射光


  5.看表面的形状?考虑使用暗场(低角度)


  6.测试塑料时——尽量使用紫外线或红外线


  7.需要通过反射表面观察特征吗?尝试使用低角度线光源(暗场)


  8.组合光源有时可以解决问题


  9.频闪照明可以产生比正常明亮照明强20倍的光


  如何点亮


  通用照明:


  一般照明一般采用圆形或点状照明。环形灯是一种常见的通用照明方法,它可以很容易地安装在镜头上,并可以为漫反射表面提供足够的照明。


  背光:


  逆光是把光源放在物体的背面,对着相机。这种照明方法与其他照明方法有很大不同,因为图像分析不是发光的光,而是入射的光。背光产生强烈的对比。当应用背光技术时,物体的表面特征可能会丢失。比如背光技术可以用来测量硬币的直径,但是无法判断硬币的正反面。同轴照明:


  同轴照明是指与摄像机轴向方向相同的光照射在物体表面。同轴照明使用特殊的半反射镜将光源反射到相机的镜头轴方向。半反射镜只允许从物体表面反射并垂直于透镜的光源通过。同轴照明技术对于具有镜面特征的平面物体的均匀照明非常有用。此外,这种技术还可以突出表面角度发生变化的部分,因为从与相机镜头不垂直的表面反射的光不会进入镜头,导致表面变暗。连续漫反射照明:连续漫反射照明应用于物体表面的反射率或表面具有复杂的角度。连续漫反射照明应为半球形均匀照明,以减少阴影和镜面反射。这种照明方法对于照明完全组装的电路板非常有用。这种光源可以在170立体角范围内实现均匀照明。


  暗场照明:


  暗场照明提供相对于物体表面的低角度照明。用相机在其视野内拍摄镜子。如果在视野内可以看到光源,则认为亮场被照亮。反之,如果在视野内看不到光源,就是暗场照明。所以光源是亮还是暗,跟光源的位置有关。典型地,暗场照明应用于具有突起的部件的照明或表面纹理变化的照明。


  结构光:


  结构光是一种投射在物体表面的具有一定几何形状(如线、圆、正方形)的光。典型的结构光包括激光或光纤。结构光可以用来测量从相机到光源的距离。多轴照明:在许多应用中,为了使视野中的不同特征表现出不同的对比度,需要多种照明技术。


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