傳統的彩色(RGB)機器視覺基于人眼三色原理,而多光譜(Multispectral)和高光譜(Hyperspectral)成像則通過獲取物體在數十至數百個連續窄波段下的圖像,揭示更豐富的光譜指紋信息。這對光源提出了特殊要求:寬光譜覆蓋:光源需要提供足夠強度且均勻的照明,覆蓋從紫外、可見光到近紅外(UV-VIS-NIR,如350-1000nm或更寬)的寬范圍。常用高亮度鹵鎢燈(穩定連續光譜)或特定組合的LED陣列(覆蓋關鍵波段)。光譜穩定性:光源的光譜輸出必須高度穩定,避免漂移影響分析結果。鹵鎢燈需恒流供電,LED需精確控溫控流。均勻性要求極高:不僅是空間均勻性,光譜均勻性(不同位置光譜成分一致)同樣關鍵,否則會導致光譜數據失真。可能需要積分球勻光或精密光學設計。照明方式適配:根據應用(反射、透射、熒光)選擇前向照明(如環形光、穹頂光)、背光或特定角度照明。高光譜光源常用于:材料分類與鑒別(塑料分選、礦物分析);化學成分檢測(農產品糖度、水分、成熟度;藥品有效成分);生物醫學應用(組織病理、細胞分析);精細農業(作物健康監測);環境監測;防偽等。光源的性能(亮度、穩定性、均勻性、光譜范圍)是獲得高質量光譜數據立方體并進行有效分析的前提。同步頻閃凍結萬轉電機運動,捕捉0.01mm徑向偏差。天津環形光源大型條型
汽車制造涉及海量零部件和復雜裝配,機器視覺光源支撐著眾多關鍵檢測環節:零部件尺寸與幾何量測量:高精度背光(結合遠心光路)用于測量墊片、活塞環、精密齒輪等輪廓尺寸;結構光用于車身面板間隙面差測量。表面缺陷檢測:金屬件(缸體、曲軸、齒輪):低角度條形光或環形光突顯機加工紋路、劃痕、毛刺、凹坑;漆面/外飾件(車門、保險杠):穹頂光(抑制眩光)檢查橘皮、顆粒、流掛、污染、光澤不均;塑料內飾件:環形光或同軸光檢查注塑缺陷、縮痕、熔接線、皮革紋理。裝配驗證:螺釘擰緊:檢查螺釘頭類型、有無、是否浮起(常用環形光);線束插接:檢查插頭是否到位、鎖扣是否扣緊(環形光或局部照明);密封膠涂敷:檢查膠條連續性、位置、寬度(常需特定波長或背光)。字符與條碼識別:零件上的DPM碼(直接部件標記,如激光雕刻、點刻)常用低角度照明(產生陰影)或同軸光讀取。輪胎檢測:檢查胎紋、側壁文字、缺陷(結構光、多角度照明)。玻璃檢測:檢查車窗、擋風玻璃的劃痕、結石、氣泡(透射光、暗場照明)。光源需適應汽車廠嚴苛環境(油污、震動、溫度變化)并滿足高節拍生產要求(頻閃照明)。可靠的光源是保障汽車質量和自動化生產的關鍵要素。包頭條形光源AOI水冷系統維持光源穩定性,連續工作溫升控制3℃以內。
結構光照明:主動三維輪廓重建結構光(StructuredLight)是一種主動式光學三維測量技術,通過將已知的、精密的二維光圖案(如條紋、網格、點陣、編碼圖案)投影到被測物體表面,然后由相機從另一角度觀察該圖案因物體表面高度變化而產生的形變,通過三角測量原理或相位分析算法計算出物體表面的三維輪廓(點云)。結構光光源的重點是投影模組,常用技術有:數字光處理(DLP)投影儀:可高速、高精度地動態投射各種復雜編碼圖案(二進制、灰度、正弦條紋、彩色編碼);激光線發生器:投射一條或多條銳利的激光線(常用紅色或藍色),通過激光線的扭曲變形計算高度(線激光三角測量);LED結合光柵(Grating):產生平行條紋。結構光的優勢在于非接觸、高精度、高速度(尤其DLP)、能獲取密集點云數據。其應用非常大:三維尺寸測量(復雜曲面、間隙面差);缺陷檢測(凹坑、凸起、變形);機器人引導(抓取、定位);逆向工程;體積測量;生物識別等。選擇結構光方案需權衡測量范圍、精度、速度、環境光魯棒性(常需濾光片)、成本以及抗物體表面光學特性(如高反光、吸光、透明)影響的能力。它是獲取物體三維空間信息主流的技術之一。
光源色(波長)選擇策略光源的顏色(即發射光譜的中心波長)是機器視覺照明設計中至關重要的策略性選擇,直接影響目標特征與背景的對比度。選擇依據的重點是被測物顏色及其光學特性:互補色原理:照射的顏色與物體顏色互為補色時,物體吸收多光而顯得暗,背景(若反射該光)則亮,從而大化對比度。例如,用紅光照射綠色物體,綠色物體會吸收紅光(顯得暗),而白色背景反射紅光(顯得亮);反之,用綠光照射紅色物體亦然。同色增強:有時用與物體顏色相近的光照射,能增強該顏色的飽和度(如藍光照射藍色標簽)。特定波長響應:某些材料對特定波長有獨特吸收/反射/熒光特性(如紅外穿透塑料、紫外激發熒光)。濾鏡協同:結合相機前的帶通濾鏡,只允許特定波長的光進入相機,可有效抑制環境光干擾并增強目標光信號。常用單色光源波長包括:紅光(630-660nm):通用性好,穿透霧霾略強,對金屬劃痕敏感;綠光(520-530nm):人眼敏感,相機量子效率高,常用于高分辨率檢測;藍光:對細微紋理、劃痕敏感(短波長衍射效應弱),常用于精密檢測;白光:提供全光譜信息,適用于顏色檢測、多特征綜合判斷。選擇時需考慮相機傳感器的光譜響應曲線,確保所選波長能被相機有效捕捉。干涉照明增強薄膜缺陷對比度,厚度檢測±10nm。
光源選擇是一門精密科學,需多重考量:波長匹配: 材料特性決定光波選擇。金屬表面檢測常依賴短波藍光以增強紋理反差,而透明薄膜或生物樣本則可能需紅外光穿透成像。角度雕琢: 光線入射角度猶如雕塑家的刻刀。低角度照明能令微小凹凸投下長影,凸顯三維缺陷;而垂直同軸光則擅長“撫平”高反光曲面(如金屬或玻璃),消除鏡面眩光對成像的干擾。穩定性基石: 光源亮度與色溫的毫厘波動,在算法眼中不啻于巨變。工業級LED因壽命長、發熱低、響應快且光輸出穩定,已成為主流之選,其堅固耐用的特性更契合嚴苛工業環境。偏振紅光系統消除金屬眩光,確保航空零件紋理特征完整提取。蚌埠高亮條形光源
X射線光源檢測鑄件內部氣孔,穿透力達15mm鋼板。天津環形光源大型條型
條形光源:方向性照明與靈活組合條形光源(BarLight)由直線排列的LED組成,結構簡單緊湊,具有極強的方向性和靈活性。其價值在于能提供可控角度的定向照明。通過調整條形光相對于被測物和相機的位置、角度和數量,工程師可以精確地“雕刻”光線,以突出特定的特征:低角度照明(<30°):光線近乎平行于表面,能戲劇性地凸顯微小的高度差、劃痕、凹陷、凸起、邊緣或雕刻/印刷的字符(產生陰影效果),非常適合表面缺陷檢測(劃痕、壓痕、異物)和字符識別;高角度照明(>45°):提供更均勻的表面照明;多條形光組合:如兩側對稱布置、交叉布置、四邊布置等,可以消除單側陰影、增強特定方向特征或實現覆蓋。條形光源通常設計有不同長度、照射角度(如0°,30°,45°,60°,90°)、漫射選項(直射或帶漫射罩)和顏色。其模塊化特性允許根據檢測需求靈活拼接和排布,成本相對較低。應用領域大,包括檢測連續材料(紙張、薄膜、織物)的缺陷、產品邊緣輪廓、包裝密封性、大型物體(如車身面板)的表面質量等。配置時需仔細調整角度和位置以達到比較好效果。天津環形光源大型條型