机器视觉检测设备的光源硬件选择

2022-07-14 11:17:24

　　机器视觉检测设备的光源硬件选择

　　1、光源的选择

　　光源是基础，打光是艺术。一个好的打光效果，基本决定了视觉检测成功的一大半。

　　光源的合理性选择，直接影响了输入图像数据的质量与应用效果。针对每个不同的应用案例与环境，需要选择相应的光源与合理的照明方式，以求达到最好的应用效果。

　　(1)光源可分为可见光和不可见光。

　　常用的几种可见光源有LED灯、萤光灯、卤素灯(光纤光源)、特殊光源。

　　LED 灯：

　　• 使用寿命约10000-30000小时。

　　• 可以使用多个LED达到高亮度，同时可组合不同的形状;

　　• 响应速度快，波长可以根据用途选择，制成不同的颜色。

　　萤光灯：

　　• 使用寿命大约1500-3000小时;

　　• 优点：扩散性好、适合大面积均匀照射;

　　• 缺点：响应速度慢，亮度较暗。

　　光纤卤素灯：

　　• 使用寿命大约1000小时;

　　• 优点：亮度高;

　　• 缺点：响应速度慢，几乎没有光亮度和色温的变化。

　　(2)按照射方式不同可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。

　　背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像，图像效果为黑白分明的被测物轮廓，常用于尺寸测量;

　　前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装，主要用于检测物体表面的重要细节特征、缺陷和划痕。

　　结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。

　　频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。

　　(3)按照照明方式可分为穹形光源、环形光源、平行光源、同轴光源、点光源、低角度光源、线光源、光栅等。

　　选择光源的角度：根据期望的图像效果，选择不同入射角度的光源。

　　穹形光源，主要用于球型或曲面物体的缺陷检测、不平坦的光滑表面字符的检测、金属或镜面的表面检测。如玻璃瓶、滚珠、小工件表面、塑料或铝制容器等。

　　环形光照射，多用于集成电路料带与管脚字符、金属工件刻印字符、光滑表面划痕、瓶口尺寸或裂痕、平面工件表面质量检测。

　　条形光源(可控照明，红色，蓝色，绿色单色光源)也叫条形灯是一种从侧面打光的照明光源，常用的角度是45度，也有更小的角度。侧光灯可以避免正面照射产生的强烈反光，同时还可以对边缘部分实现高亮的照明。是一种在尺寸测量、外观检测方面应用非常广泛的一种照明方式。常用于：LCD缺陷的检测、包装文字检测、包装膜破损检测、纸张质量检测、常规印刷质量检测、制造物裂纹的检测、电子部件的形状识别和大小的测量、各种线阵检测等。

　　同轴光照射，图像效果为明亮背景上的黑色特征，用于反光厉害的平面物体检测，能够加强有差异角度的表面特征，增强表面纹理(划痕、凹陷、压印)，减少阴影。如金属、玻璃等光洁表面的划痕和瑕疵检测，芯片和硅片的破损检测、金属件上的冲压字符检测、线路板焊点与符号、集成电路的管脚字符检测等。

　　高角度照射，图像整体较亮，适合表面不反光物体;

　　低角度照射，图像背景为黑，特征为白，可以突出被测物轮廓及表面凹凸变化;

　　多角度照射，图像整体效果较柔和，适合曲面物体检测;

　　(a)考虑光源颜色和背景颜色：

　　使用与被测物同色系的光会使图像变亮(如：红光使红色物体更亮);使用与被测物相反色系的光会使图像变暗(如：红光使蓝色物体更暗、用蓝光照射黄色物体，呈现黑色)。

　　波长越长，穿透能力越强;波长越短，扩散能力越强。红外的穿透能力强，适合检测透光性差的物体，如棕色口服液杂质检测。紫外对表面的细微特征敏感，适合检测对比不够明显的地方，如食用油瓶上的文字检测。

　　(b)选择光源的形状和尺寸：

　　主要分为圆形、方形和条形。通常情况下选用与被测物体形状相同的光源，最终光源形状以测试效果为准。光源的尺寸选择，要求保障整个视野内光线均匀，略大于视野比较好。

　　(c)选择是否用漫射光源：

　　如被测物体表面反光，最好选用漫反射光源。多角度的漫射照明使得被测物表面整体亮度均匀，图像背景柔和，检测特征不受背景干扰。