笔记：光源选型与应用

  • 1 光源的重要性
  • 2 光源介绍
    • 2.1 光源的种类
    • 2.2 光源的照射方式
      • 2.2.1 角度照射
      • 2.2.2 垂直照射
      • 2.2.3 低角度照射
      • 2.2.4 背光照射
      • 2.2.5 多角度照射
      • 2.2.6 碗状光照射
      • 2.2.7 同轴光照射
      • 2.2.8 其他照射方式
    • 2.3 辅助手段
  • 3 光源选型
    • 3.1 光源选型的一般流程
    • 3.2 光源的需求分析
    • 3.3 光源选型的影响因素
    • 3.4 其他注意事项
  • 4 光源选择要领
    • 4.1 条形光源选型要领
    • 4.2 环形光源选型要领
    • 4.3 条形组合光源选型要领
    • 4.4 背光源、平行背光源选型要领
    • 4.5 同轴光源选型要领
    • 4.6 平行同轴光源选型要领
  • 5 案例分析
  • 参考资料

本文为《光源选型原理及使用方法》（https://max.book118.com/html/2019/0928/7031154165002060.shtm）的学习笔记。

1 光源的重要性

合适的光源可以达到良好的图像效果，凸显出目标特征，简化算法，提高检测精度，保证检测系统的稳定性。

2 光源介绍

2.1 光源的种类

光源可分为可见光光源和不可见光光源。可见光光源有：白色光源、蓝色光源和红色光源等。不可见光光源有：红外光光源、紫外光光源和X光光源等。

光源类型 特点和用途
白色 使用性广，亮度高，适合拍摄彩色图像
蓝色 适用于银色背景产品，薄膜上金属印刷品
红色 可以透过一些比较暗的物体，例如：底材黑色的透明软板孔位定位、绿色线路板的线路检测、透光膜厚度检测等。
绿色 红色背景产品，银色背景产品
红外光 LCD屏检测，视频监控
紫外光 证件检测，布料表面破损、金属表面划痕检测等
X光 透视检测

互补色光： 2种等强度的有色光混合后得到白色光，这2种有色光即为互补色光。合理运用互补色光可以显著提高图像对比度。

2.2 光源的照射方式

2.2.1 角度照射

类型： 30°、45°、60°、75°等角度环光。
特点： 在一定工作距离下，光束集中、亮度高、均匀性好、照射面积相对较小。
应用： 工件螺孔定位、管脚检查、标签检查、印字检查。

2.2.2 垂直照射

类型： 环光、面光。
特点： 照射面积大，光照均匀。
应用： 基底和线路板定位、晶片部件检查。

2.2.3 低角度照射

类型： 90°环光。
特点： 对表面凹凸表现力强。
应用： 晶片或玻璃基片上的划痕检查。

2.2.4 背光照射

类型： 背光、平行背光。
特点： 发光面是一个漫射面、均匀性好。
应用： 用于镜面反射材料的伤痕检查。

2.2.5 多角度照射

类型： AOI光源。
特点： 使用RGB三色光从不同角度照射。
应用： 焊点的三维信息提取，球形、半圆形等物体的检测。

2.2.6 碗状光照射

类型： 球积分光源、圆顶光。
特点： 360°底部发光，通过碗状内壁反射，形成球状均匀光照。
应用： 曲面金属表面文字和缺陷检测。

2.2.7 同轴光照射

类型： 同轴光源、平行同轴光源
特点： 光源前面有漫反射板，形成二次光源。
应用： 微小元件的外形和尺寸测量。

2.2.8 其他照射方式

采用多种光源和多种照射方式进行组合。

2.3 辅助手段

设备 作用
反光镜 改变、优化光路，为光源安装位置提供更大的选择空间
分光镜 任意调节反射和折射的比例
棱镜 从复合光中得到单一光源
偏振片 消除金属物体表面反光，也用于透明或半透明物体的应力检测
漫射片 使光照均匀，减少不需要的反光
光纤 使光源安装更灵活

3 光源选型

3.1 光源选型的一般流程

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提出问题
定义检测目标
收集制定完整规格
可行性研究
概念设计
实验
生产原型
反馈迭代
批量生产

3.2 光源的需求分析

  • 任务： 检测、测量、定位、条形码、字符识别、三维扫描等；
  • 性能要求： 检测内容、检测速度、检测精度等；
  • 其他配合： 与相机、镜头、软件的配合，安装方式等。

3.3 光源选型的影响因素

  • 光源设计： 选型是否合理，光照是否均匀，扩展性强，安装方便；
  • 光源产品质量： 芯片寿命、亮度衰减、色温范围、发光均匀、散热合理；
  • 产品性价比
  • 光源工作距离
  • 产品是否有技术支持和售后

3.4 其他注意事项

  • 拍摄对象的现场情况
  • 拍摄对象的特征是否具有特殊性
  • 是否需要拍摄彩图
  • 现场安装障碍

4 光源选择要领

4.1 条形光源选型要领

  1. 条光照射宽度最好大于检测的距离，否则可能会照射距离远造成亮度差，或者是距离近而幅射面积不够；
  2. 条光长度能够照明所需打亮的位置即可，无须太长造成安装不便，同时也增加成本，一般情况下，光源的安装高度会影响到所选用条光的长度，高度越高，光源长度要求越长，否则图像两侧亮度传经比中间暗；
  3. 如果照明目标是高反光物体，最好加上漫射板，如果是黑色等暗色不反光产品，也可以拆掉漫射板以提高亮度。

4.2 环形光源选型要领

  1. 了解光源安装距离，过滤掉某些角度光源，例如要求光源安装尺寸高，就可以过滤掉大角度光源，选择用小角度光源，同样，安装高度越高，要求光源的直径越大；
  2. 目标面积小，且主要特性在表面中间，可选择小尺寸0°或小角度光源；
  3. 目标需要表现的特征如果在边缘，可选择90°环光，或大尺寸高角度环形光；
  4. 检测表面划伤，可选择90度角环光，尽量选择波长短的光源。

4.3 条形组合光源选型要领

  1. 条形组合光在选择时，不一定要按照资料上的型号来选型，因为被测的目标形状、大小各不一样，所以可以按照目标尺寸来选择不同的条形光源进行组合；
  2. 组合光在选择时，一定要考虑光源的安装高度，再根据四边被测特征点的长度宽度选择相对应的条形光进行组合。

4.4 背光源、平行背光源选型要领

  1. 选择背光源时，根据物体的大小选择合适大小的背光源，以免增加成本造成浪费；
  2. 背光源四周一条由于的外壳遮挡，因此其亮度会低于中间部位，因此，选择背光源时，尽量不要使目标正好位于背光源边缘；
  3. 背光源一般在检测轮廓时，可以尽量使用波长短的光源，波长短的光源其衍射性弱，图像边缘不容易产生重影，对比度更高；
  4. 背光源与目标之间的距离可以通过调整来达到最佳的效果，并非离得越近效果越好，也非越远越好；
  5. 检测液位可以将背光源侧立使用；
  6. 圆轴类的产品，螺旋状的产品尽量使用平行背光源。

4.5 同轴光源选型要领

  1. 选择同轴光时主要看其发光面积，根据目标的大小来选择合适发光面积的同轴光；
  2. 同轴光的发光面积最好比目标尺寸大1.5~2倍左右，因为同轴光的光路设计是让光路通过片45度半反半透镜改变，光源靠近灯板的地方会比远离灯板的亮度高，因此，尽量选择大一点的发光面避免光线左右不均匀；
  3. 同轴光在安装时尽量不要离目标太高，越高，要求选用的同轴光越大，才能保证才均匀性。

4.6 平行同轴光源选型要领

  1. 平行同轴光光路设计独特，主要适用于检测各种划痕;
  2. 平行同轴光与同轴光表现的牲点不-样， 不能替代同轴光使用；
  3. 平行同轴光检测划伤之类的产品，尽量不要选择波长长的光源。

5 案例分析

案例分析包含一些图片，建议直接看《光源选型原理及使用方法》原文。

参考资料

  • 光源选型原理及使用方法

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