Koaxiálne svetlá pre priemyselnú inšpekciu – rovnomerné osvetlenie a presná kontrola

Objavte, ako koaxiálne svetlá zlepšujú inšpekciu: rovnomerné osvetlenie bez tieňov, zvýraznenie kontrastu, stabilný obraz pre kontrolu kódov, povrchov a konektorov. Porovnanie kolimovaných a difúznych jednotiek, pulzné vs. spojité svetlá.

Koaxiálne svetlá sú presne ten typ osvetlenia, ktorý na prvý pohľad nevyzerá zložitý, no v praxi dokáže vyriešiť veľmi špecifické a často problematické inšpekčné úlohy. Vznikli z potreby osvetliť objekt presne v osi objektívu kamery. Ako fungujú a čo všetko dokážu?

Koaxiálne svetlo dopadá na kontrolovanú súčiastku kolmo zhora, tým istým smerom, akým sa na ňu pozerá kamera. To je veľký rozdiel oproti bežným bočným alebo kruhovým svetlám. U nich svetlo prichádza pod určitým uhlom, čo je často žiaduce, ale niekedy to naopak spôsobuje tiene, odlesky alebo nerovnomerné osvetlenie. Koaxiálne osvetlenie tento problém rieši elegantne, pretože svetlo aj kamera vidia objekt z tej istej osi.

Ako koaxiálne osvetlenie funguje?

Základným stavebným prvkom koaxiálneho svetla je polopriepustné zrkadlo (niekedy sa používa označenie beam splitter). Princip je jednoduchý. Svetelný zdroj svieti do polopriepustného zrkadla, potom zrkadlo odráža svetlo smerom nadol na kontrolovaný objekt. A odrazené svetlo od objektu potom prechádza zrkadlom späť do objektívu kamery.

Koaxialne-svetlo-schema

Výsledkom je veľmi rovnomerné, tienisté „čisté“ osvetlenie celej plochy, ktorá sa nachádza priamo pod objektívom.

Prečo sú koaxiálne svetlá tak žiadané?

Koaxiálne osvetlenie má niekoľko veľmi praktických výhod:

Rovnomerné osvetlenie bez tieňov

Keďže svetlo dopadá kolmo, nevznikajú bočné tiene. To je ideálne pre:

čítanie kódov,
kontrolu potlače,
inšpekciu plochých povrchov.

Zvýraznenie kontrastu

Hladké a lesklé plochy odrážajú svetlo späť priamo do kamery, zatiaľ čo nerovnosti, rytiny alebo potlač svetlo „rozbijú“. Vďaka tomu:

text alebo kód vystúpi,
povrchové vady sú lepšie viditeľné.

Stabilné výsledky

Koaxiálne svetlá sú veľmi opakovateľné. Ak sa nemení poloha dielu a kamery, získavate takmer identické snímky, čo je ideálne pre algoritmy strojového videnia aj neurónové siete.

Koaxialne-svetla-do-serie Koaxiálne svetlá do serie

Ktoré svetlo počas testu lepšie skontrolovalo konektor?

Počas testovania v systéme ATE sme overovali rozdiely medzi kolimovaným a difúznym koaxiálnym osvetlením pri použití telecentrického objektívu. Cieľom bolo zistiť, ktoré riešenie poskytuje vhodnejší obraz pre kontrolu konektorov a ich pinov. Počas testu sme porovnávali dve odlišné koncepcie koaxiálneho osvetlenia.

V prvom prípade šlo o kolimované koaxiálne osvetlenie realizované bodovým svetlom privedeným priamo do koaxiálneho vstupu telecentrického objektívu.

V druhom prípade sme použili samostatnú difúznu koaxiálnu osvetľovaciu jednotku umiestnenú pred objektívom.

Kolimované koaxiálne osvetlenie s 45° optickým deliace zrkadlom dopadá kolmo na kontrolovaný povrch a do kamery sa vracajú iba lúče odrazené od dokonale rovných plôch. Táto vlastnosť umožňuje veľmi presne rozlíšiť rovné plochy od aj minimálnych nerovností, ako sú škrabance, odtlačky alebo jemné trhliny. Preto sa kolimované koaxiálne osvetlenie privedené priamo do objektívu výborne hodí na detekciu mikrodefektov na kovových a lesklých povrchoch.

Avšak počas testovania sa ukázalo, že jeho vysoká citlivosť na reliéf môže byť v niektorých aplikáciách nevýhodou. Napríklad pri kontrole konektorov viedla aj drobná odchýlka povrchu k nejednoznačnej detekcii jednotlivých pinov, čo sťažovalo ich spoľahlivé vyhodnotenie.

V týchto prípadoch sa ako vhodnejšie riešenie osvedčilo difúzne koaxiálne osvetlenie, ktoré vďaka rozptylu svetla potláča vplyv drobných nerovností povrchu. Výsledkom je stabilnejší a čitateľnejší obraz, ktorý je lepšie využiteľný pre tvarovú a polohovú kontrolu pinov konektora.

Test-koaxialnych-svetiel

Vľavo: kolimované koaxiálne osvetlenie privedené do objektívu – vysoká citlivosť na reliéf povrchu.

Vpravo: difúzne koaxiálne osvetlenie – stabilný obraz vhodný pre tvarovú kontrolu.

Pulzné vs. spojité koaxiálne svetlo – ktoré vybrať?

Rovnako ako pri iných priemyselných svetlách, aj tu sa stretávame s dvoma základnými variantami:

Spojité (kontinuálne) koaxiálne svetlá:

svietia neprerušovane,
jednoduchšie na integráciu,
vhodné pre pomalšie aplikácie alebo ručnú inšpekciu.

Pulzné koaxiálne svetlá:

svietia iba v okamihu snímania,
umožňujú veľmi vysoký svetelný výkon bez prehrievania,
ideálne pre rýchle výrobné linky a krátke expozičné časy.

V praxi sa pri vysokorýchlostných aplikáciách takmer vždy uprednostňuje pulzná varianta.

Použitie koaxiálnych svetiel v praxi – kde pomáhajú?

Koaxiálne osvetlenie sa používa všade tam, kde je kontrolovaný povrch plochý alebo mierne štruktúrovaný, alebo kde potrebujete čítať či rozpoznávať detaily na lesklom podklade. Je ideálne aj v situáciách, keď bočné svetlo spôsobuje nežiadúce odlesky.

Konkrétne sa využíva pri:

čítaní DMC a QR kódov vyznačených laserom,
kontrole potlače a značenia,
inšpekcii dosiek plošných spojov (PCB),
kontrole kovových a sklenených povrchov,
detekcii jemných rytín alebo mikrodefektov.

Kedy koaxiálne svetlo nie je ideálne?

Nevhodné je napríklad pre:

veľmi členité alebo hlboké 3D objekty,
aplikácie, kde je potrebné zvýrazniť hrany a reliéf (vtedy lepšie funguje bočné alebo šikmé svetlo),
situácie, kde objekt neleží v jednej rovine.

V týchto prípadoch sa často koaxiálne svetlo kombinuje s iným typom osvetlenia. V ATEsystem nájdete na našom e-shope širokú ponuku koaxiálnych svetiel a súvisiacej optiky, overenej v reálnych priemyselných aplikáciách. Okrem samotného dodania komponentov vieme zabezpečiť aj návrh kompletného kamerového riešenia, jeho integráciu do stroja alebo výrobnej linky a následné doladenie priamo vo vašom prevádzke.

Ak si nie ste istí výberom správneho osvetlenia alebo riešite konkrétnu inšpekčnú úlohu, neváhajte sa na nás obrátiť. Radi s vami všetko prejdeme a navrhneme riešenie, ktoré bude fungovať v praxi. Napíšte nám na kamery@atesystem.cz alebo využite kontaktný formulár na našom webe.