Камера машинного зрения работает с тем изображением, которое создает свет. Если царапина сливается с поверхностью, маркировка бликует, а контур теряется на фоне, увеличение разрешения само по себе не делает контроль надежным. Правильно подобранная подсветка выделяет нужный признак еще до обработки кадра.
Подсветку выбирают под конкретную задачу: что требуется увидеть, из какого материала сделано изделие, какая у него форма, как оно движется и где можно установить оборудование. Поэтому одна схема редко подходит одновременно для измерения контура, чтения печати и поиска дефектов на металле.
Что должна сделать подсветка
Алгоритму нужен устойчивый контраст между нормальным состоянием и отклонением. Свет управляет отражением, тенью, цветом и видимостью рельефа. Он может сделать фон равномерным, убрать яркий блик или, наоборот, направить отражение от дефекта в объектив.
Результат оценивают не по общей яркости кадра, а по тому, насколько стабильно виден контролируемый признак. Хорошая схема сохраняет различимость при допустимом смещении изделия, изменении оттенка материала и рабочей скорости линии.
Сначала определяют признак и поверхность
Для начала формулируют, что система должна отличать: наличие детали, положение кромки, царапину, вмятину, символ маркировки, непрокрас, включение или отличие оттенка. Затем изучают поверхность изделия.
Плоский полированный металл отражает свет направленно. Матовая поверхность рассеивает его. Пленка и стекло создают блики от нескольких границ. Цилиндрическая упаковка меняет угол отражения по всей ширине кадра. Эти свойства определяют расположение и размер источника света.
На испытании используют реальные годные и дефектные образцы. Фотография одного удобного изделия не показывает, как система поведет себя на разных партиях, при загрязнении или небольшом повороте детали.
Контровой свет показывает контур
При контровой схеме источник находится за изделием относительно камеры. Камера видит темный силуэт на светлом равномерном фоне. Фактура и цвет поверхности почти перестают влиять на изображение.
Такой свет подходит для измерения наружного размера, проверки отверстий, зазоров, выступов и правильности формы. Он также помогает обнаруживать отсутствие элемента, если деталь можно разместить между камерой и светящейся поверхностью.
Контровая схема не предназначена для анализа рисунка на передней поверхности. Она отвечает на вопрос о геометрии силуэта, поэтому для маркировки или царапин требуется другое расположение света.
Низкий угол выделяет царапины и рельеф
Низкоугловая подсветка направляет свет почти вдоль поверхности. Ровный участок отражает его в сторону, а царапина, скол, заусенец или выступ меняет направление лучей и становится заметным для камеры.
Эту схему используют при контроле металла, пластика, кромок и тиснения. Положение источников подбирают по направлению дефекта. Для разнонаправленных царапин могут потребоваться несколько сегментов, которые включаются одновременно или последовательно.
Низкий угол чувствителен к рельефу самой детали. Если конструктивные ребра создают сильные отражения, образец проверяют в нескольких положениях и отделяют допустимую геометрию от дефекта.
Рассеянный свет уменьшает блики
Крупный рассеиватель или купольная подсветка освещает изделие с разных направлений. На блестящих, изогнутых и неровных поверхностях это делает яркость более равномерной и уменьшает локальные пересветы.
Рассеянный свет полезен для упаковки, крышек, лакированных деталей, пленки и объектов сложной формы. Камера получает изображение печати или цвета без яркого отражения одного малого источника.
Размер светящейся области должен соответствовать полю зрения и кривизне изделия. Малый рассеиватель может остаться видимым как отдельное светлое пятно, поэтому геометрию проверяют на всей рабочей зоне.
Соосный свет работает с плоскими отражающими деталями
В соосной схеме свет направляется на изделие по оси камеры через оптический элемент. Плоская поверхность возвращает отражение в объектив и выглядит светлой, а углубления, гравировка и наклонные участки становятся темнее.
Так можно повышать контраст маркировки, отверстий и дефектов на ровном металле, стекле или печатной плате. Для заметно криволинейной детали соосная схема дает неравномерность, поэтому ее сравнивают с купольным или комбинированным светом.
Цвет подсветки меняет контраст
Красный, зеленый и синий свет по-разному отражаются от цветных материалов. Если требуется отделить печать от фона, длину волны подбирают так, чтобы один элемент стал светлее, а другой темнее в монохромном изображении.
Инфракрасный диапазон может ослаблять влияние части видимой печати и различий цвета. Ультрафиолет применяют для материалов и меток, которые дают выраженный отклик в этом диапазоне. Выбор подтверждается опытным кадром, поскольку краски, покрытия и пластики одной видимой расцветки могут вести себя по-разному.
Цветная камера нужна, когда контроль основан на самом оттенке. Для многих геометрических и поверхностных задач монохромная камера с подходящей подсветкой дает более простой и устойчивый сигнал.
Поляризация помогает убрать отражение
Поляризационные фильтры на источнике и объективе могут подавить прямой блик от стекла, пленки, лака или влажной поверхности. При взаимном повороте фильтров часть отраженного света блокируется, а нужный рисунок остается видимым.
Фильтры уменьшают количество света, которое достигает матрицы. Поэтому их применение проверяют вместе с выдержкой, мощностью подсветки и скоростью движения изделия.
На движущейся линии нужен импульсный режим
Если изделие движется во время экспозиции, мелкий дефект может размыться. Короткая выдержка уменьшает смаз, но требует достаточного светового потока. Управляемая импульсная подсветка включается синхронно с камерой и дает яркий короткий световой импульс.
Синхронизация строится от датчика положения или сигнала оборудования. В проекте учитываются задержки, частота съемки, нагрев источника и допустимый режим работы. Стабильное положение кадра упрощает алгоритм и повышает повторяемость результата.
Внешний свет нужно контролировать
Солнечный свет, потолочные светильники и сигнальные лампы меняют изображение в течение смены. Зону съемки закрывают кожухом или настраивают источник так, чтобы его вклад значительно превышал внешнее освещение.
Кожух также фиксирует расстояния, защищает оптику и ограничивает попадание пыли. Для горячего или влажного участка выбирают подходящее исполнение компонентов и предусматривают обслуживание защитных стекол.
Как подобрать схему на испытании
Подбор проводят вместе с камерой и объективом. Сначала получают изображение эталонного и дефектного изделия при нескольких направлениях света. Затем оценивают контраст признака, равномерность поля, блики и устойчивость к смещению.
Рабочий вариант проверяют на серии образцов и в режиме, близком к производственному. Меняют положение детали, скорость, состояние поверхности и партии материала. По результатам фиксируют расстояния, углы, мощность, выдержку и критерии контроля.
Отдельный материал о характеристиках оптики и матрицы доступен в статье «Камера для машинного зрения». Но финальная конфигурация всегда проверяется как единая оптическая система.
Что входит в промышленное решение
Рабочая система включает источник света, драйвер управления, крепления, защиту зоны съемки, камеру, объектив, датчик запуска и вычислительный модуль. Настройки хранятся в профиле изделия и переключаются вместе с производственным заданием.
Контроль результата связывается с отбраковкой, сигнализацией и производственным учетом. Подробнее о составе проекта рассказано на странице визуальных датчиков для производства и в статье о разработке системы машинного зрения.
Компания ИНДИНС проводит испытания на образцах и разрабатывает узел контроля под изделие и линию. Для первичной оценки нужны фотографии зоны, скорость, размеры объекта, перечень дефектов и несколько годных и бракованных образцов.