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。廣域漫反射照明覆蓋2m×1.5m區域,均勻度超90%。江蘇高亮條形光源多角度
發光二極管(LED)技術已經徹底革新并主導了現代機器視覺照明領域,這歸功于其一系列無可比擬的綜合性能優勢。首先,LED擁有極長的使用壽命,通常可達30,000至100,000小時,這突出降低了系統的維護頻率和長期運營成本,保證了生產線的連續穩定運行。其次,LED的響應速度極快,達到微秒級別,這使得它們能夠完美地通過頻閃(Strobing)工作方式來“凍結”高速運動中的物體,徹底消除運動模糊,從而滿足高速在線檢測的苛刻要求。第三,LED的光輸出穩定性極高,在有效的散熱設計保障下,其光強和光譜特性隨時間的變化極小,確保了圖像數據的一致性。第四,LED是冷光源,運行時發熱量極低,這對于熱敏感的被測物體至關重要,避免了熱損傷或熱膨脹帶來的測量誤差。第五,LED的光譜范圍極其**,從紫外(UV)、可見光(各種單色光及白光)到紅外(IR)都能覆蓋,允許工程師根據被測物的特性選擇更合適的波長以比較大化對比度。結尾,LED體積小巧,易于集成到各種復雜的光學結構和機械裝置中,形成環形、條形、背光、同軸、穹頂等多種照明形態。其亮度可以通過電流進行精確的脈寬調制(PWM)控制,實現智能化和動態照明。這些優勢共同奠定了LED在機器視覺照明中不可動搖的主導地位。 高亮大功率環形光源超遠距離多光譜光源切換波長,實現復合材料分層缺陷智能判別。
同軸漫射光源(DomeLight):解決高反光表面的利器面對具有鏡面或高度反光表面(如金屬、拋光塑料、鍍層、玻璃、光滑芯片)的物體時,傳統的直接照明會產生強烈的眩光(HotSpot),淹沒關鍵特征信息。同軸漫射光源,常被稱為穹頂光(DomeLight),是解決這一挑戰的有效方案。其重要設計是一個半球形的漫射內腔,內壁密布LED。光線經半球內壁的多次漫反射后,形成來自四面八方的、極其柔和且均勻的漫射光照射到被測物表面。這種照明方式的精髓在于:它將點光源或小范圍光源擴展為一個大面積的、近乎理想的“面光源”,突出減小了物體表面法線方向微小變化引起的光強劇烈波動。結果是,即使是高度反光的表面,也能呈現均勻的灰階,有效抑制眩光,同時清晰地顯現出表面細微的紋理變化、劃痕、凹坑、異物或字符,而不會被強烈的反射光斑掩蓋。穹頂光特別適用于檢查金屬加工件(車削、銑削、沖壓)、光滑注塑件、電子元件(芯片、連接器)、鏡片、珠寶等。選擇時需關注穹頂尺寸(匹配視場和工作距離)、開口大小、漫射材料均勻性以及光源亮度。其缺點是結構相對較大,可能占用較多空間。
點光源與光纖導光:精細聚焦與微距應用在機器視覺中,當需要極高亮度、極小光斑或深入狹窄空間進行照明時,點光源結合光纖導光技術成為關鍵解決方案。點光源指能產生高度匯聚光束的單元,而光纖則負責將光線從發生器高效、靈活地傳導至遠端微小區域。其重點優勢在于:極高的光強密度,可將強大光能匯聚于微小目標點;出色的靈活性與可達性,光纖細小柔韌,可輕易伸入設備內部、深孔、縫隙或復雜結構周圍進行照明,不受空間限制;有效的熱隔離,光源發生器可遠離檢測點,避免熱量影響敏感被測物或光學元件;光斑形狀可控,通過在光纖輸出端加裝微型透鏡或光闌,可精確控制光斑的大小、形狀和照射角度。點光源光纖照明在微電子(芯片、引線鍵合、焊點檢測)、精密機械(微型齒輪、鐘表零件)、生物醫學以及需要局部高亮照明的場景(如微小劃痕、特定標記點檢查)中不可或缺。選擇時需平衡光強需求、光斑尺寸、光纖長度和光源的穩定性。復合光源檢測深孔內壁,缺陷檢出率達97%以上。
光源均勻性:概念、重要性及評估方法光源均勻性是衡量照明場光強分布一致性(均勻程度)的關鍵指標,對機器視覺檢測精度至關重要,尤其在進行定量測量(如尺寸、色度)或大面積檢測時。不均勻照明會導致圖像不同區域亮度差異:過亮區域可能飽和丟失細節,過暗區域信噪比差難以分析,這種亮度梯度會被誤判為物體本身的特征變化(如厚度不均、顏色漸變),嚴重影響檢測結果的一致性和可靠性。均勻性通常定義為:Uniformity=[1-(Max-Min)/(Max+Min)]*100%,其中Max和Min是測量區域內多個采樣點的亮度值。理想值為100%,工業應用中通常要求>80%甚至>90%。評估均勻性需要使用光強計或經校準的參考相機,在設定的工作距離下,在有效照明區域內按網格(如5x5或9x9)測量多個點的亮度值,然后計算。影響均勻性的因素眾多:LED個體的亮度/色溫差異、排列密度、光學設計(透鏡、漫射板)的質量與老化、供電穩定性、結構遮擋、距離變化等。改善均勻性的方法包括:選用高質均光板(如乳白亞克力、勻光膜)、優化LED排布(增加密度、交錯排列)、采用積分球原理(穹頂光)、精確控制光源距離、定期校準維護。在系統設計階段就必須將均勻性作為重要參數進行驗證和優化。
環形偏振光捕捉玻璃微劃痕,支持0.02mm級缺陷識別。陜西環形光源弧形高均勻
線激光掃描系統測量模具深度,精度達±0.01mm。江蘇高亮條形光源多角度
背光照明:輪廓與尺寸測量的黃金標準背光照明(Backlighting)是機器視覺中用于獲取物體清晰、高對比度輪廓圖像的經典方法。其原理是將高亮度、高均勻性的光源(通常是面光源或大面積漫射板)置于被測物體后方,相機從物體前方拍攝。此時,不透明的物體會在明亮的背景上呈現為剪影(Silhouette)。這種照明方式的重要價值在于它能比較大化物體邊緣與其背景的對比度,幾乎完全消除了物體表面紋理、顏色或反光特性的干擾。因此,背光成為高精度尺寸測量(如孔位、直徑、間距)、輪廓檢測、形狀驗證以及透明物體(如玻璃瓶、薄膜)內部雜質或氣泡檢測的理想選擇。背光光源通常要求極高的均勻性(>90%),以避免輪廓邊緣亮度梯度影響測量精度。常見的背光類型包括LED面板背光(集成漫射層,均勻性好)和遠心背光(結合遠心鏡頭,消除通透誤差,實現真正平行的輪廓投影)。應用時需精確控制光源尺寸(需大于被測物并覆蓋視場)、亮度以及物體與光源的距離,確保輪廓清晰銳利且無光暈效應。對于非平面物體或需要內部特征信息的場景,背光則不適用。江蘇高亮條形光源多角度