根据目的选择镜头和照明

导入视觉系统前需要确认的主要项目

  1. 选择检测所需的设备
    选择符合检测规格的设备。
    相机/控制器/光源/镜头/显示器
  2. 检测判断
    利用实际工件和实机进行试验。
    OK、NG品的限度样本/检测效率/
    确认Must、Want/品种数
  3. 选择安装方法、安装地点
    研究具体的安装地点。
    移动中/停止中/周围环境/环境光/振动等
  4. 实现自动化的控制方法
    确认对视觉系统的输入输出控制。
    拍摄时间点/判定结果输出/PLC控制/数据输出
  5. 现场测试
    根据需要,在实际生产线上进行验证。
    设定微调/统计分析/输入输出控制确认
  6. 操作方法解说
    说明基本设定方法。
    公差设定/敏感度调整/检测设定变更/品种注册

目前,视觉系统中主要使用的是LED光源。要根据检测内容,选择最合适的光源,需要3个工序。

  1. 确定照射照明的方向
  2. 确定光源类型及形状
  3. 确定光源的颜色(波长)

典型的光源形状(LED照明)

  • 同轴落射方式
    CA-DX

  • 低角度方式
    CA-DL

  • 环形方式(直接照射)
    CA-DR

  • 背光方式
    CA-DS

  • 圆顶方式
    CA-DD

  • 条型方式
    CA-DB
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选择检测所需的设备【照明/镜头选择篇】

【光源选择1】确定照射照明的方向(镜面反射/漫反射/透过)

光线基础知识

入射光(褐色箭头)接触到工件表面后,前进方向大致分为4 种。

  1. 以相同角度反射的镜面反射光
  2. 在表面扩散的漫反射光
  3. 笔直穿过工件的透过光
  4. 在表面扩散且透过表面的扩散透过光

假设入射光为100,则镜面反射光的比例为镜面反射率,除此以外的反射光比例是漫反射率,镜面反射和漫反射的总和是全反射率。

视觉系统中使用的照明方向,大致可分为3个类型。

  • 镜面反射型
    该照明方式是由镜头接收目标物的镜面反射光,适用于测量玻璃印刷电路板表面等容易引起反射的工件
  • 漫反射型
    该照明方式是排除目标物的镜面反射光,由镜头接收整体均匀的光,适用于穿过透明胶带进行检测等需要忽略容易引起反射的工件时
  • 透过型
    该照明方式是由目标物背后照射照明,以透过光检测轮廓,适用于测量无纺布等光容易穿过的工件
(1)镜面反射型案例 : 检测玻璃印刷电路板的缺陷 / (2)漫反射型 : 检测隔着薄膜的芯片刻印 / (3)透过型 : 检测无纺布的异物
光源选择 POINT 1

根据工件的材质、形状和检测用途进行判断,确定照明的照射方向。从镜面反射、漫反射、透过3种类型中进行选择。

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【光源选择2】确定光源类型及形状

在确定照射方向后,根据检测内容、背景以及周围环境,选择光源的种类(型号)。按照如下方式,对各照射方向的供选光源进行选择。

各照射方向的典型光源类型
镜面反射 同轴落射光源 环形光源 条型光源
漫反射 低角度光源 环形光源 条型光源
透过 面光源 环形光源 -
(1)镜面反射检测案例
根据工件和检测内容选择光源 > 玻璃表面会照到光源本身 > 希望明确玻璃与背景的差异 垂直于工件的照射最合适 > 可以确保工件上的空间 > 同轴落射光源最合适
(2)透过检测案例
根据工件和检测内容选择光源 > 工件为金属材质且存在凹凸,无法产生均匀的镜面反射 > 利用透过光,可以免受凹凸影响,检测边缘 > 可以在工件的背后安装光源 > 面光源(背光灯)最合适
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【光源选择3】确定光源的颜色(波长)

最后,根据工件和背景确定光源的颜色。使用彩色相机时,通常选择白色,但在使用黑白相机时,下列知识点更为重要。

补色: 在色相环中相对的颜色,就是彼此的补色。照射补色光时,将呈现近乎黑色的颜色。 / 波长: 波长不同的光线,会呈现出不同的颜色。根据波长的不同,存在易透过薄膜等物体(波长较长的红色)、易在瑕疵等凹凸部分发生扩散(波长较短的蓝色)等各种特性。 [色相环图 : 绿色, 红色 / 蓝色, 橙色 / 紫色, 黄色 ] | [ 不可见光 : 紫外光][ 可见光不 : 紫 380 / 蓝 430 / 蓝绿 480 / 青绿 490 / 绿 500 / 黄绿 560 / 黄 580 / 橙 595 / 红 650 ][ 不可见光 : 红外光 780 ](单位:nm)

光源选择 POINT 2

选择光源不用随便尝试,按照以下步骤可高效进行选择。

  • 确定镜面反射、漫反射或透过
  • 确定光源形状(型号)/大小
  • 确定光源的颜色(波长)
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【镜头选择1】焦距和视野的求法

“焦距”,是镜头的规格项目之一。工厂自动化用镜头的典型焦距规格,有8 mm/16 mm/25 mm/50 mm等。根据需要拍摄的目标物所需的视野及焦距,可以求出对焦位置=WD(工作距离)。

WD和视野的大小,是由镜头的焦距和CCD的尺寸决定的,超出无需连接环的最小WD时,WD的估算值,可以用以下比例式表示。

WD:视角=焦距:CCD尺寸

例1:焦距16 mm的镜头、CCD尺寸3.6 mm的情况下,如果要将视野设为45 mm,则WD 为200 mm。
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【镜头选择2】加深景深(对焦高度范围)的方法

  • 焦距越短的镜头,深度范围越深。
  • 到目标物的距离越远,深度范围越深。
    →使用连接环或微距镜头时,景深会变浅,必须加以注意。
  • 光圈缩得越小,深度范围越深。
    →即使是相同镜头,缩小光圈并用明亮的光源照射,比较容易对焦。

拍摄如下图所示斜面贴有表示高度的标尺的目标物时,对开启光圈与缩小光圈的情况进行比较。

缩小光圈时的图像 / 开启光圈时的图像
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【镜头选择3】镜头性能造成的对比度差异介绍

下面的图像为使用基恩士制造的高分辨率镜头“CA-LH16” 和标准镜头“CV-L16” 拍摄同一目标物时的图像。图像的差异,就是镜头材质和结构的差异。根据用途选择高分辨率镜头时,可获得更高对比度的图像。

使用镜头 CA-LH16/CV-L16
检测目标物 复印纸
视野 60 mm/污点尺寸:约0.3 mm
CA-LH16 高分辨率镜头: 瑕疵等级54 / CV-L16 标准镜头: 瑕疵等级38

镜头选择 POINT 1

请按照如下顺序,进行镜头的选择。

  1. 根据拍摄尺寸和可安装的距离,确定焦距
  2. 根据工件形状,考虑必要的景深
  3. 根据检测精度,选择高分辨率镜头或标准镜头
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