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根據(jù)目的選擇鏡頭和照明

導(dǎo)入視覺系統(tǒng)前需要確認(rèn)的主要項(xiàng)目

  1. 選擇檢測所需的設(shè)備
    選擇符合檢測規(guī)格的設(shè)備。
    相機(jī)/控制器/光源/鏡頭/顯示器
  2. 檢測判斷
    利用實(shí)際工件和實(shí)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。
    OK、NG品的限度樣本/檢測效率/
    確認(rèn)Must、Want/品種數(shù)
  3. 選擇安裝方法、安裝地點(diǎn)
    研究具體的安裝地點(diǎn)。
    移動中/停止中/周圍環(huán)境/環(huán)境光/振動等
  4. 實(shí)現(xiàn)自動化的控制方法
    確認(rèn)對視覺系統(tǒng)的輸入輸出控制。
    拍攝時(shí)間點(diǎn)/判定結(jié)果輸出/PLC控制/數(shù)據(jù)輸出
  5. 現(xiàn)場測試
    根據(jù)需要,在實(shí)際生產(chǎn)線上進(jìn)行驗(yàn)證。
    設(shè)定微調(diào)/統(tǒng)計(jì)分析/輸入輸出控制確認(rèn)
  6. 操作方法解說
    說明基本設(shè)定方法。
    公差設(shè)定/敏感度調(diào)整/檢測設(shè)定變更/品種注冊

目前,視覺系統(tǒng)中主要使用的是LED光源。要根據(jù)檢測內(nèi)容,選擇最合適的光源,需要3個工序。

  1. 確定照射照明的方向
  2. 確定光源類型及形狀
  3. 確定光源的顏色(波長)

典型的光源形狀(LED照明)

  • 同軸落射方式
    CA-DX

  • 低角度方式
    CA-DL

  • 環(huán)形方式(直接照射)
    CA-DR

  • 背光方式
    CA-DS

  • 圓頂方式
    CA-DD

  • 條型方式
    CA-DB

選擇檢測所需的設(shè)備【照明/鏡頭選擇篇】

【光源選擇1】確定照射照明的方向(鏡面反射/漫反射/透過)

光線基礎(chǔ)知識

入射光(褐色箭頭)接觸到工件表面后,前進(jìn)方向大致分為4 種。

  1. 以相同角度反射的鏡面反射光
  2. 在表面擴(kuò)散的漫反射光
  3. 筆直穿過工件的透過光
  4. 在表面擴(kuò)散且透過表面的擴(kuò)散透過光

假設(shè)入射光為100,則鏡面反射光的比例為鏡面反射率,除此以外的反射光比例是漫反射率,鏡面反射和漫反射的總和是全反射率。

視覺系統(tǒng)中使用的照明方向,大致可分為3個類型。

  • 鏡面反射型
    該照明方式是由鏡頭接收目標(biāo)物的鏡面反射光,適用于測量玻璃印刷電路板表面等容易引起反射的工件
  • 漫反射型
    該照明方式是排除目標(biāo)物的鏡面反射光,由鏡頭接收整體均勻的光,適用于穿過透明膠帶進(jìn)行檢測等需要忽略容易引起反射的工件時(shí)
  • 透過型
    該照明方式是由目標(biāo)物背后照射照明,以透過光檢測輪廓,適用于測量無紡布等光容易穿過的工件

(1)鏡面反射型案例
檢測玻璃印刷電路板的缺陷

(2)漫反射型
檢測隔著薄膜的芯片刻印

(3)透過型
檢測無紡布的異物

光源選擇 POINT 1

根據(jù)工件的材質(zhì)、形狀和檢測用途進(jìn)行判斷,確定照明的照射方向。從鏡面反射、漫反射、透過3種類型中進(jìn)行選擇。

【光源選擇2】確定光源類型及形狀

在確定照射方向后,根據(jù)檢測內(nèi)容、背景以及周圍環(huán)境,選擇光源的種類(型號)。按照如下方式,對各照射方向的供選光源進(jìn)行選擇。

各照射方向的典型光源類型
鏡面反射 同軸落射光源 環(huán)形光源 條型光源
漫反射 低角度光源 環(huán)形光源 條型光源
透過 面光源 環(huán)形光源 -
(1)鏡面反射檢測案例
根據(jù)工件和檢測內(nèi)容選擇光源 > 玻璃表面會照到光源本身 > 希望明確玻璃與背景的差異 垂直于工件的照射最合適 > 可以確保工件上的空間 > 同軸落射光源最合適
(2)透過檢測案例
根據(jù)工件和檢測內(nèi)容選擇光源 > 工件為金屬材質(zhì)且存在凹凸,無法產(chǎn)生均勻的鏡面反射 > 利用透過光,可以免受凹凸影響,檢測邊緣 > 可以在工件的背后安裝光源 > 面光源(背光燈)最合適

【光源選擇3】確定光源的顏色(波長)

最后,根據(jù)工件和背景確定光源的顏色。使用彩色相機(jī)時(shí),通常選擇白色,但在使用黑白相機(jī)時(shí),下列知識點(diǎn)更為重要。

補(bǔ)色

在色相環(huán)中相對的顏色、就是彼此的補(bǔ)色。
照射補(bǔ)色光時(shí),將呈現(xiàn)近乎黑色的顏色。

波長

波長不同的光線、會呈現(xiàn)出不同的顏色。
根據(jù)波長不同,存在易透過薄膜等物體(波長較長的紅色)、易在瑕疵等凹凸部分發(fā)生擴(kuò)散(波長較短的藍(lán)色)等各種特性。

色相環(huán)圖 : 綠色, 紅色 / 藍(lán)色, 橙色 / 紫色, 黃色
[ 不可見光 : 紫外光 ][ 可見光不 : 紫 380 / 藍(lán) 430 / 藍(lán)綠 480 / 青綠 490 / 綠 500 / 黃綠 560 / 黃 580 / 橙 595 / 紅 650 ][ 不可見光 : 紅外光 780 ](單位:nm)

光源選擇 POINT 2

選擇光源不用隨便嘗試,按照以下步驟可高效進(jìn)行選擇。

  • 確定鏡面反射、漫反射或透過
  • 確定光源形狀(型號)/大小
  • 確定光源的顏色(波長)

【鏡頭選擇1】焦距和視野的求法

“焦距”,是鏡頭的規(guī)格項(xiàng)目之一。工廠自動化用鏡頭的典型焦距規(guī)格,有8 mm/16 mm/25 mm/50 mm等。根據(jù)需要拍攝的目標(biāo)物所需的視野及焦距,可以求出對焦位置=WD(工作距離)。

WD和視野的大小,是由鏡頭的焦距和CCD的尺寸決定的,超出無需連接環(huán)的最小WD時(shí),WD的估算值,可以用以下比例式表示。

WD:視角=焦距:CCD尺寸

例1:焦距16 mm的鏡頭、CCD尺寸3.6 mm的情況下,如果要將視野設(shè)為45 mm,則WD 為200 mm。

【鏡頭選擇2】加深景深(對焦高度范圍)的方法

  • 焦距越短的鏡頭,景深范圍越大。
  • 到目標(biāo)物的距離越遠(yuǎn),景深范圍越大。
    →使用連接環(huán)或微距鏡頭時(shí),景深會變淺,必須加以注意。
  • 光圈縮的越小,景深范圍越大。
    →即使是相同鏡頭,縮小光圈并用明亮的光源照射,比較容易對焦。

拍攝如下圖所示斜面貼有表示高度的標(biāo)尺的目標(biāo)物時(shí),對開啟光圈與縮小光圈的情況進(jìn)行比較。

縮小光圈時(shí)的圖像 / 開啟光圈時(shí)的圖像

【鏡頭選擇3】鏡頭性能造成的對比度差異介紹

下面的圖像為使用基恩士制造的高分辨率鏡頭“CA-LH16” 和標(biāo)準(zhǔn)鏡頭“CV-L16” 拍攝同一目標(biāo)物時(shí)的圖像。圖像的差異,就是鏡頭材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的差異。根據(jù)用途選擇高分辨率鏡頭時(shí),可獲得更高對比度的圖像。

使用鏡頭 CA-LH16/CV-L16
檢測目標(biāo)物 復(fù)印紙
視野 60 mm/污點(diǎn)尺寸:約0.3 mm
CA-LH16
高分辨率鏡頭
瑕疵等級54
CV-L16
標(biāo)準(zhǔn)鏡頭
瑕疵等級38

鏡頭選擇 POINT 1

請按照如下順序,進(jìn)行鏡頭的選擇。

  1. 根據(jù)拍攝尺寸和可安裝的距離,確定焦距
  2. 根據(jù)工件形狀,考慮必要的景深
  3. 根據(jù)檢測精度,選擇高分辨率鏡頭或標(biāo)準(zhǔn)鏡頭

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