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LED背光源為視覺檢測設備提供照明方案

返回列表 來源:admin 瀏覽: 發布日期:2018-11-29 13:49

  發光二極管(LED)無閃爍、低功耗和更長的使用壽命等優勢,令這一技術成為機器視覺系統應用的首選。為了恰當地為視覺檢測設備提供照明,需要了解被照明產品的類型、這些產品被檢測的速率,以及如何借助LED照明裝置在圖像中突出產品的具體特征。  
  在很多情況下,恰當的照明可以增加圖像特征的對比度,便于檢查,減少了對昂貴的高精度相機和復雜圖像處理軟件的需求。這是在開發機器視覺系統時優先考慮照明問題的主要原因。  
  由于在實際生產中每種應用都不盡相同,因此視覺檢測設備對應的照明器件的選擇、使用光的顏色(或頻率)、運行模式都有所不同。  
  因為每種特定產品的屬性大相徑庭。為了使每種特定的圖像都能獲得最大對比度,需要配備特定的照明元件,如背光源、環形光源、穹頂光源、線性光源,這些光源可能配置了運作在紫外(UV)到紅外(IR)波段的LED。 

  
  不同頻率  
  在測量特定部件(如汽車墊圈)參數的系統中,通常會用到漫反射背光。當使用漫反射背光時,LED光源的顏色或波長將影響獲得的分辨率,因為單色光可以提供更好的特性對比度。單色光可以減少相機透鏡中任何軸向與橫向的色差,從而能獲得更高的分辨率。  
  具有不同頻率的光源同樣適用于測量不透明容器中存儲的液體水平。在這些應用中,700~1000nm的長波長紅外光可以穿透紙和塑料等材料。紅外光同樣可用于食品檢測。在這個應用案例中,紅外背光被用于檢測藍莓中的金龜子。

 
   圖1:a)使用白色背光照明檢測藍莓中的金龜子,藍莓和金龜子可以同時被看到。b)使用紅外背光照明,紅外光可穿透藍莓,被金龜子吸收,因此即使是被藍莓遮住的金龜子也能被檢測出來。 
   因為紅外光波長可以穿透藍莓,被金龜子吸收,因此即使是被藍莓遮住的金龜子也能被檢測出來。采用單一波長背光可以提升圖像系統的潛在分辨率,此外還可通過平行照明技術降低標準背光產生的漫反射,進一步提升分辨率。

  
  平行光  
  實現平行光照明的一種方法是使用平行背光照明器,將LED陣列發出的散射光準直到與透鏡光軸相同的光軸上,這些同軸照明器從被檢測物體背后發射出平行光,抑制光的散射。 

 

   圖2:同軸照明器從待檢測物體的背后發射平行光,抑制光的散射。同軸照明能夠提升圖像的分辨率。  
   用背光源和同軸照明器兩種光源照射一個圖釘。當用背光照明圖釘時,光穿透透明物體,能夠檢查出圖釘內部的構造和缺陷;但如果需要測量圖釘的尺寸,則采用同軸光,同軸光被折射生成銳利的黑色輪廓。 

 

   圖3:a)當用背光照亮圖釘時,光透過透明物體,能夠檢查到圖釘內部的構造和缺陷。b)照射到圖釘上的平行光被折射,產生銳利的黑色輪廓。  
   同軸照明器為視覺檢測設備開發者提供了一種照明小型配件的方法;相比之下,遠心背光則提供了一種價格更高的替換方案。當物體需要超高精度測量時,通常選用遠心照明。 

  
   遠心照明  
   在遠心照明系統的設計中,LED的發散光被聚焦,從而降低照射物體輪廓時可能產生的漫反射。為了獲得盡可能高的分辨率,配備了遠心透鏡的相機會捕捉到檢測過程中越過或穿過物體的光線。隨后,被捕捉到的來自物體的光線被聚焦、并且與光軸平行。  
   當遠心照明被當作背光使用時,系統工程師可以為相機系統配備三種不同類型的遠心鏡頭。遠心鏡頭的種類有:物方遠心鏡頭、像方遠心鏡頭和雙遠心鏡頭。當使用物方遠心鏡頭時,在鏡頭的遠心深度內,物體與鏡頭之間微小的距離變化不會改變物體的放大率。  
   當需要對物體進行精密測量時,該特性尤為重要,特別是在物體沒有被精確地放在像平面中時。同樣地,在像方遠心設計中,鏡頭到CCD或CMOS成像器之間的微小距離變化,并不會影像圖像測量的精度。  
   雙遠心鏡頭集成物方遠心鏡頭和像方遠心鏡頭的優勢,能夠提供最高的測量精度。與其他類型的背光一樣,遠心照明系統可以提供不同的尺寸和波長。  

 

   眾多選擇  
   盡管背光是最為常用的物體照明方式,但它并不是視覺檢測設備的唯一選擇。通常,條形碼、瑕疵、打印質量和色彩測量等2D特性,均能在物體表面被觀測到。需要再次指出的是,不論是同軸照明系統還是離軸照明系統,都可以采用多種照明光源,如各種不同配置和波長的點光源、環形光源、穹頂光源及線性光源。  
   每種光源都有其特定的檢測照明適用范圍。在合適的波長選擇正確的照明方案,將極大地提高被測對象的對比度,確保更高效地實現更加精密的
視覺檢測設備

 

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