在機器視覺系統(tǒng)中，典型的低功率要求和長壽命的LED照明使固態(tài)照明（SSL）成為照明自動化制造系統(tǒng)的首選。

圖1：機器視覺越來越多地利用LED光源的照明，經(jīng)常取代自動化生產(chǎn)線中的人工檢測（圖片提供）。

我們提供各種基于LED技術(shù)的LED環(huán)形燈，頂燈，背光和聚光燈。由于該技術(shù)的可靠性與逐步淘汰傳統(tǒng)白熾燈或熒光燈光源的結(jié)合，LED系統(tǒng)的市場和部署不斷擴大。照明供應(yīng)商正在以這些發(fā)展為基礎(chǔ)，提供不同配置的LED產(chǎn)品，以滿足專業(yè)機器視覺應(yīng)用的需求。

歷史上，最常用的是熒光和石英鹵素光源。近年來，LED技術(shù)在穩(wěn)定性，強度和成本效益方面有所改進。雖然對于大面積照明部署來說仍然不具有成本效益，特別是與熒光光源相比，如果應(yīng)用靈活性，輸出穩(wěn)定性和壽命是重要參數(shù)，LED照明可能更合適 。

技術(shù)優(yōu)勢

LED是高可靠性，持久耐用的光源，維護要求低。此外，作為直流電壓供電的組件，它們不會出現(xiàn)100 Hz閃爍 - 使用CCD相機時不需要的節(jié)拍或重疊。 LED可以連續(xù)調(diào)暗至零光線。它們的瞬時啟動特性有助于頻閃操作以及外部觸發(fā)脈沖操作。

LED對運動和振動的相對不敏感以及它們的低重量使得可以在移動機器視覺應(yīng)用中使用LED（例如在機器人系統(tǒng)中）。由于尺寸小，LED可用于生產(chǎn)特殊的照明組件，為機器視覺中的樣品提供最佳對比度。

由于采用緊湊的模塊化設(shè)計，因此可以輕松開發(fā)LED組件，例如環(huán)形燈，可以分段控制。以這種方式，與全圓照明相比，實現(xiàn)了（圖像的）顯著的對比度增強。當通過公共控制單元轉(zhuǎn)向多個照明組件時，很容易產(chǎn)生混合光并在不同類型的照明之間快速切換。現(xiàn)代“智能”控制單元可以通過PC完全控制對象的LED照明，這有助于精確指定照明設(shè)置 。

機器視覺需求

LED照明在許多工業(yè)機器視覺檢測系統(tǒng)中用于幫助確定/確認制造中零件的形狀 - 通過定義邊緣幾何形狀，或使鉆孔的尺寸和位置成像和驗證。制造商通常希望更改他們在給定生產(chǎn)線上檢查的產(chǎn)品，因此LED照明類型，功率，波長以及相關(guān)光學和相機需要足夠靈活或可互換以進行調(diào)整。

選擇任何類型照明時的一個關(guān)鍵考慮因素是光源的配置及其光譜特性。除了考慮不同集群設(shè)計的使用 - 無論是背光，環(huán)形燈和其他照明設(shè)備的設(shè)計 - 還必須仔細選擇合適的LED的類型。輸出波長，功率和幾何等變量必須適合應(yīng)用。選擇取決于被檢部件的顏色和/或反射率。

圖3：Cree的XLamp CXA2011 LED陣列適用于機器視覺（由Cree提供）。

Advanced Illumination（Rochester，VT，US）是LED照明產(chǎn)品的機器視覺制造商。 John Merva，銷售副總裁兼市場營銷部門表示，“我們生產(chǎn)不同尺寸和形狀，波長和功率的照明裝置，適用于幾乎任何自動化生產(chǎn)操作的應(yīng)用。

傳統(tǒng)照明光源，例如白熾燈或熒光燈，存在壽命相對較短和輸出不一致的問題 - 特別是在壽命結(jié)束時 - 波長和亮度趨于變化，這就是為什么LED在今天更加可靠和首選的原因。我們傾向于支持的LED制造商是主要的三個：Nichia ，Cree 和Phillips-Lumileds，其中包括。“

圖4：光源相對強度與光譜含量的關(guān)系。底部的條形表示近似人類可見波長范圍（來源：Advanced Illumination ）。

看來，不斷增長的LED光源選擇將使尋找理想的光源變得更容易，但實際上越來越多樣化意味著系統(tǒng)開發(fā)人員需要做更多的R＆amp; D.考慮到新型SSL源，例如OLED，Merva表示，他認為這些替代來源，但補充說，“這個行業(yè)發(fā)生的變化往往發(fā)生得相當緩慢。”評論LED機器使用趨勢視覺系統(tǒng)，Merva說，“我們通常使用的LED類型分為不同顏色的可見光和更高功率的白光LED光源。在早期，機器視覺使用紅色LED，因為它們具有相對較高的功率，低成本和廣泛的可用性，但最近紅色已被白色取代，與全彩色相機相結(jié)合。“

機器視覺及其對固體的依賴 - 狀態(tài)照明將繼續(xù)增長。我們看到相機部署點的數(shù)量在整個行業(yè)和其他地方不斷增長，特別是考慮到現(xiàn)在可以以低于2，000美元的價格購買“智能”相機。從歷史上看，視覺問題必須具有重要意義，才能證明部署攝像機的成本是合理的，但現(xiàn)在它可能相對較小，節(jié)省的成本仍然可以證明基于LED的視覺系統(tǒng)的成本。此外，還有許多更復雜的制造技術(shù)在進行，因此有增長的空間，Merva認為，“可能比今天的滲透率高十倍，因為這些技術(shù)以合適的價格解決了客戶的問題。” 》背面和邊緣照明

為了實現(xiàn)理想的照明，許多系統(tǒng)制造商在背光源上使用一系列表面安裝的LED，并使用漫射器定位以產(chǎn)生均勻的照明。這導致具有相對厚的顯示器的高亮度背光。為了減小這種厚度 - 在制造環(huán)境中空間總是非常重要 - 一些制造商還提供側(cè)光式背光，其中LED圍繞顯示器的外部放置，并且光通過漫射板傳輸?shù)斤@示器的面上。

Moritex USA總部位于加利福尼亞州圣何塞，提供兩種類型的背光。其MDBL系列提供比邊緣型MDBC系列更高的亮度，而MDBC系列的更薄設(shè)計在空間受限的應(yīng)用中更有用。 Phlox，法國普羅旺斯地區(qū)艾克斯和美國俄亥俄州Strongsville的Lumitex在其機器視覺燈系列中提供不同的技術(shù)變體。 Phlox使用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）管，在其背光范圍內(nèi)由線性LED光源點亮; Lumitex使用安裝在后反射器上的光纖來制造薄至0.33 mm的照明面板。

Phlox導演（和專利持有人）Christophe Blanc說：“在Phlox，我們只制作機器視覺照明系統(tǒng)的一小部分;我們制造的背光源我們將LED與光管技術(shù)結(jié)合使用。我們使用PMMA，我們在丙烯酸板的頂部制造凹槽。凹槽提取光線，因此我們有效地從板的側(cè)面注入光。“

對于其可見光譜應(yīng)用，Phlox僅部署Nichia LED。 Nichia是白色LED的原始制造商（由Shuji Nakamura發(fā)明，他現(xiàn)在為Cree工作）。除紅外應(yīng)用外，該公司僅使用Nichia白/藍色氮化鎵LED。對于其紅外機器視覺應(yīng)用，Phlox以前使用的是Osram-OS LED，但最近該公司一直在使用***供應(yīng)商Lite-On《的紅外LED。/SUP》。

除了開發(fā)平頂燈等新型配置外，LED照明制造商通常會針對不同的應(yīng)用提供一系列不同的波長。除了使用白色，紅色，綠色和藍色LED的更傳統(tǒng)的產(chǎn)品外，UV和IR燈在執(zhí)行更復雜的視覺檢測應(yīng)用中變得越來越流行。這些系統(tǒng)包括要檢查的材料可能會出現(xiàn)熒光或者操作人員必須屏蔽明亮的LED照明的系統(tǒng)。在其他情況下，將具有多個波長的LED組合的照明產(chǎn)品用于減少檢查復雜部件的多個面所需的檢查站的數(shù)量。

市場情況

Banner Engineering（美國明尼蘇達州明尼阿波利斯市）為自動化生產(chǎn)提供的基于LED的照明系統(tǒng)，包括環(huán)形燈，背光燈，聚光燈和線性陣列燈。這些是針對視覺的燈光設(shè)計。

圖5：Banner Engineering的高強度區(qū)域燈具有密封的IP69K版本，因此適用于食品和飲料制造中的機器視覺應(yīng)用。

工程經(jīng)理Chuck Dolezelack說：“因為我們提供密封的IP69K版本的許多燈具，我們的系統(tǒng)在洗滌環(huán)境中存在，例如食品和飲料行業(yè)中的那些，以及制藥和醫(yī)療和材料處理行業(yè)。具體應(yīng)用范圍包括照亮小部件以進行分類或匹配功能，或投射陰影以防止錯誤。“

Dolezelack認為，仍有待解決的主要問題是能源效率以及這些LED照明可能的演變路徑隨著技術(shù)的進步，它們將變得更加堅固并且消耗更少的功率。

“今天的市場條件與制造業(yè)一樣，LED照明系統(tǒng)將隨之而來，”Dolezelack說。 “目前，照明和指示是［Banner］增長最快的產(chǎn)品部門，因為它的實用性和簡單性，以及目前制造業(yè)的強大。”

應(yīng)用

Polytec的機器視覺部門，Waldbronn ，德國，為機器視覺提供廣泛的LED照明解決方案。該產(chǎn)品系列由瑞典V?llingby的姐妹公司Latab擴展，共提供超過3000種產(chǎn)品。 Polytec還提供許多不同的控制器，細分為連續(xù)模式和頻閃模式。

Polytec機器視覺負責人Hendrik Schumann說：“在德國，汽車行業(yè)肯定是機器視覺應(yīng)用最重要的用戶。所有汽車制造商必須確保每個部件的100％質(zhì)量控制。但越來越多的食品或電子行業(yè)以及各地的一般工業(yè)中，基于LED的機器視覺系統(tǒng)被用于確保產(chǎn)品質(zhì)量。“

”LED的功率和光學本身并不是成功照明的關(guān)鍵組成部分。關(guān)鍵是LED，系統(tǒng)機械和電流供應(yīng)質(zhì)量之間的完美合作; LED由電流而不是電壓驅(qū)動。“

圖6：Osram-OS的Ostar Observation紅外LED，型號SFH4750（來源：Osram-OS）。 》對于白色照明，Polytec從Bright View 和Osram-OSLED部署LED以獲得紅色照明。 Latab的機器視覺照明解決方案通常在以下波長下工作：紅色617 nm，IR 880 nm，藍色465 nm，綠色520 nm和UV 395 nm和365 nm。連續(xù)模式下的典型工作電流范圍為30 mA至3000 mA，選通模式下的工作電流范圍為7倍。

考慮到當前這個技術(shù)領(lǐng)域的市場和可能的演進路徑，Schumann評論道，“我預計未來LED的亮度將大幅增加，因此新市場將會出現(xiàn)。也許也可以使用比目前更少的LED，并且照明區(qū)域?qū)⒏械痢纳虡I(yè)角度來看，機器視覺相關(guān)的LED銷售與機械工程行業(yè)的狀態(tài)直接相關(guān)，因此也與世界經(jīng)濟有關(guān)。“

結(jié)論

任何自動化制造過程都會經(jīng)常在外觀上發(fā)生變化。視覺系統(tǒng)，無論是制造商改變產(chǎn)品類型或價格的意圖，還是由于產(chǎn)品質(zhì)量的變化。

因此，如果您想保證100％的過程并保持產(chǎn)品質(zhì)量，那么可靠的觀察方法至關(guān)重要。要求人類檢查員這樣做太多了 - 特別是當運輸率很高時，產(chǎn)品很小或可變性超出可見范圍。簡而言之，人類沒有耐心和一致性來提供這種可靠性。

最終，先進的非接觸式自動視覺系統(tǒng) - 越來越多地基于LED照明 - 不再是生產(chǎn)線的可選附件;它們正在成為工廠必備結(jié)構(gòu)的內(nèi)在組成部分。