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ビジョンセンサ用カラー照明とフィルタの概要

machine vision lighting and filters

マシンビジョンシステムを使用して部品を検査し、ロボットアームを誘導し、パッケージを仕分けるメーカーは、週末写真家などが遭遇する光を正しく当てるという課題に直面しています。

問題は、工場の施設には写真の課題となる要因がたくさんあることです。窓は正午に多くの光を取り込み、午後のシフトと交代する頃には多くの影を作ります。光沢のある部品は、カメラに光を反射し、画像に悪影響をもたらします。

このような照明の歪みに対する解決策は、マシンビジョンフィルタ、分散照明、およびその他多くの照明戦術により、マシンビジョンシステムが工場自動化検査に必要な明確なデジタル画像を生成することを保証します。

自動化工場における照明の共通課題

マシンビジョンカメラは、すべてのデジタルカメラと同様に、レンズを使用してデジタル信号プロセッサ (DSP) チップで動作するビジョンセンサに光を屈折させ、光波を画像を再現するピクセルに変換します。画像は産業用ロボットが部品を識別し、生産シーケンスの適切な位置に移動することを可能にします。これらの変数はすべて、生産ラインをピーク効率で稼働させるために、迅速かつ正確に相互作用する必要があります。

これは、運用環境のすべての照明変数のために簡単ではありません。工業オートメーション設定における照明の最も一般的な課題は次のとおりです。

環境照明:工場の環境照明は一日を通して変化します。溶接などの操作は、付近の自動生産プロセスの照明に影響を与える可能性のある白熱ブラストを作成します。

カメラのシャッター速度や絞り幅の調整のような従来の修正は役に立ちますが、ビジョンシステムは、カメラのビジョンセンサに到達するための光の狭いスペクトルのみを可能にするバンドパスフィルタを展開することもできます。これにより、カメラはビジョンシステムに必要なものだけを見ることができます。

カラー:生産中の部品の色は、ロボットがカメラで見て操作する能力に影響を与える可能性があります。箱や梱包ラベルでは、光を反射する色もあれば、吸収する色もあります。これは、物流会社の流通システムの作業に大きな影響を与える可能性があります。エレクトロニクス製造現場では、ワイヤーの色がビジョンシステムに重要な信号を送ることができます。

マシンビジョンカメラは、多くの場合、色付きLEDライトを使用して視覚的なコントラストを作成し、色が表面に及ぼす影響を打ち消します。カラーフィルタは、LEDライトの効果を強化または補完することができます。

OCR検査に影響する色付きライト

反射:金属やプラスチックなど、光沢のある表面は、効果的な画像作成を妨げる余分な光のブロブを作成します。しかし、すべての反射が悪影響を及ぼすわけではありません。反射を利用すれば、他の照明戦術では到達できない暗い場所に光を当てることができます。

偏光フィルタは反射を修正する方法の一つです。その他にも暗視野照明と呼ばれる手法は、反射性を減らすために浅い角度で表面に光を当てます。光拡散を使用すると、光線を物体の上に広げ、光沢のある表面に当たる直接光線の数を減らします。カメラは特に角度を付け、点灯することで反射領域の欠陥を発見するのに役立ちます。

極性を与えることで検査画像のグレアを軽減

影:ほぼすべての角度からの光は、マシンビジョン画像の明瞭さを低下させる影を作り出す可能性があります。三次元の部品 (二次元の製品ラベルと対照的) は、特にデジタル写真に影を作り出しやすくなります。

カメラの取り付け角度を変えることで影を克服できる場合もありますが、ハイダイナミックレンジ (HDR) と呼ばれる画像処理技術がより一般的になっています。HDR 写真は、デジタル処理で明るい領域を暗く、暗い領域を明るくして、より視覚的な一貫性を作り出し、影を減らします。

検査画像のHDRのコントラストが高い

角度:エンジンブロックや排気マニホールドのような複雑な部品は、角度が多いため照明における数々の課題を生み出します。

一部の課題は、カメラに角度を付けて取り付けることで対応できます。部品、カメラ、照明を特定の角度に配置することで、製品の欠陥を特定するのにも役立ちます。

表面欠陥:ドリルやフライス盤は、部品に取り除く必要があるバリを残します。ロボット溶接は、不要な箇所に溶融金属の塊を残す可能性があります。マシンビジョンカメラは、問題を引き起こす前に、これらの欠陥にフラグを立てることができる必要があります。

拡散フィルタは、三次元の表面に光を分配することで、異常を識別する手助けをします。平面では、暗視野写真がより良い画像を生成する可能性があります。

寸法と光学距離:対象物のサイズは、シリコンウエハーのような顕微鏡環境でも、民間航空機工場のようなマクロ環境でも、多くの照明の課題を引き起こす可能性があります。さらに、カメラとその被写体との間の光学距離も、画質や照明要件に影響を与える可能性があります。

短い光学距離は、通常、長い光学距離よりも少ない光を必要とします。このため、マシンビジョンの有効性を最適化するためには、カメラを戦略的に取り付ける必要があります。

ハードウェアとソフトウェア:最終的に、特定の自動化ニーズに最適な結果を生み出すためには、マシンビジョンに適したカメラ、レンズ、ソフトウェアを選択することです。たとえば、カメラには複数の色付き LED を装備して、部品の 1 つの部分には青色の照明を使用し、別の部分には赤い照明を投影します。リキッドレンズを装備したカメラには可動部品がないため、メンテナンスのコストを削減します。

一部のアプリケーションでは、人間の視界スペクトルの外の光をキャプチャする赤外線カメラや紫外線カメラが必要です。高性能のマシンビジョンソフトウェアは、これらすべての変数を1つのソリューションに抽出します。

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