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根據目的選擇鏡頭和照明

導入視覺系統前需要確認的主要項目

  1. 選擇檢測所需的設備
    選擇符合檢測規格的設備。
    相機/控制器/光源/鏡頭/顯示器
  2. 檢測判斷
    利用實際工件和實機進行試驗。
    OK、NG品的限度樣本/檢測效率/
    確認Must、Want/品種數
  3. 選擇安裝方法、安裝地點
    研究具體的安裝地點。
    移動中/停止中/周圍環境/環境光/振動等
  4. 實現自動化的控制方法
    確認對視覺系統的輸入輸出控制。
    拍攝時間點/判定結果輸出/PLC控制/數據輸出
  5. 現場測試
    根據需要，在實際生產線上進行驗證。
    設定微調/統計分析/輸入輸出控制確認
  6. 操作方法解說
    說明基本設定方法。
    公差設定/敏感度調整/檢測設定變更/品種注冊

目前，視覺系統中主要使用的是LED光源。要根據檢測內容，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）

光線基礎知識

入射光（褐色箭頭）接觸到工件表面后，前進方向大致分為4 種。

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

假設入射光為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行檢測等需要忽略容易引起反射的工件時
  • 透過型
    該照明方式是由目標物背后照射照明，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

根據工件的材質、形狀和檢測用途進行判斷，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，根據檢測內容、背景以及周圍環境，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 環形光源 條型光源
漫反射 低角度光源 環形光源 條型光源
透過 面光源 環形光源 -
（1）鏡面反射檢測案例
根據工件和檢測內容選擇光源 > 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
根據工件和檢測內容選擇光源 > 工件為金屬材質且存在凹凸，無法產生均勻的鏡面反射 > 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，根據工件和背景確定光源的顏色。使用彩色相機時，通常選擇白色，但在使用黑白相機時，下列知識點更為重要。

補色

在色相環中相對的顏色、就是彼此的補色。
照射補色光時，將呈現近乎黑色的顏色。

波長

波長不同的光線、會呈現出不同的顏色。
根據波長不同，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生擴散（波長較短的藍色）等各種特性。

色相環圖 : 綠色, 紅色 / 藍色, 橙色 / 紫色, 黃色
[ 不可見光 : 紫外光 ][ 可見光不 : 紫 380 / 藍 430 / 藍綠 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”，是鏡頭的規格項目之一。工廠自動化用鏡頭的典型焦距規格，有8 mm/16 mm/25 mm/50 mm等。根據需要拍攝的目標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，超出無需連接環的最小WD時，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。
  • 到目標物的距離越遠，景深范圍越大。
    →使用連接環或微距鏡頭時，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尺的目標物時，對開啟光圈與縮小光圈的情況進行比較。

縮小光圈時的圖像 / 開啟光圈時的圖像

【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” 和標準鏡頭“CV-L16” 拍攝同一目標物時的圖像。圖像的差異，就是鏡頭材質和結構的差異。根據用途選擇高分辨率鏡頭時，可獲得更高對比度的圖像。

使用鏡頭 CA-LH16/CV-L16
檢測目標物 復印紙
視野 60 mm/污點尺寸：約0.3 mm
CA-LH16
高分辨率鏡頭
瑕疵等級54
CV-L16
標準鏡頭
瑕疵等級38

鏡頭選擇 POINT 1

請按照如下順序，進行鏡頭的選擇。

  1. 根據拍攝尺寸和可安裝的距離，確定焦距
  2. 根據工件形狀，考慮必要的景深
  3. 根據檢測精度，選擇高分辨率鏡頭或標準鏡頭

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