机器视觉驾驭LED浪潮

每一个成功的机器视觉系统的背后都有合适的照明方案。LED照明技术已经稳步发展，允许机器视觉客户利用改进的均匀性，更好的散热，增加波长可用性，和更低的成本。

在过去的十年里，LED供应商和芯片设计激增。“不久之前，我们都局限于不同产品的特定芯片供应商，组件制造商之间也没有太大的差别，”照明和透镜公司总裁杰森•贝赫勒(Jason Baechler)说Moritex北美洲公司(加州圣何塞)。“大量的选择使更多的应用成为可能，因为现在你可以获得所需的输出水平或访问特定的波长。对于更具挑战性的应用，终端用户并不需要一直要求定制一些内容。”

机器愿望客户有更多的选择，可以将LED耦合到光学元件，以更好地控制输出的光输出或方向性，以及可访问更轻微的控制配件。Baechler还引用了各种各样的材料，其中一些材料从平板行业涓涓细流，现在可以提供给机器视觉市场“所以我们可以生产具有不同方向性的灯光 - 不仅仅是基于芯片，而是我们夫妇it with, whether that’s an optical component or film,” he says.

带一些热量
led最大的缺点之一是产生的热量。因为热量降低了LED的效率，所以产生的光更少。但led热管理的改进正在解决这些挑战。

“LED制造商正在创建更好的热粘合垫，并且产生更好的热触点以帮助获得散热。他们还减少了LED本身内部的晶圆键，并使用芯片级包装，“技术销售经理Mark Kolvites说：中期技术（布里斯托尔，宾夕法尼亚州）。“这些功能增加了LED的寿命和输出。”

改进提示中期重新评估其产品线LED灯以适应效率的提高。“我们现在看到的是，与我们在一年前的工作相比，我们可以更多地发出更多的光线，因为它是越来越多的，因为热量是更好的，”Kolvites说。

Kolvites估计，即台上的灯灯现在运行约15％至20％的冷却器，现在使用与一年前的同一司机使用相同的驱动程序。“我们实际上增加了我们的司机电流，取得更多优势光明，”他说。

由于效率的巨大增强，“仍然有很多潜在的强度，我们可以通过增加更多的散热来解锁这些LED中，”中期的凯文高，运营和工程经理凯文高，运营和工程经理说。“客户总是要求灯光，因此它们可以运行更短的曝光并更快地运行生产线。在我们的标准产品中，我们尚未推动他们可以做的附近的任何地方。“

整体光学效率的提高影响了MORITEX远心透镜的通过透镜“同轴”照明的设计。在这些产品中，光通过一个分束器，然后通过透镜光学投射。

“Even with the best designs this can create reflection, and efficiency has grown so much that we actually have to step down the illuminators so that we can control the light level to ensure there isn’t too much reflection that washes out an image or affects how the lens performs,” Baechler says.

选择波长，任何波长
马特·品特是智能视觉灯（Michigan Miskegon），看到LED照明的最大进步不是来自模具或芯片，而是从几乎任何机器视觉检查任务的波长的可用性。

密歇根州立大学农业学院的研究展示了波长的重要性，同时为机器视觉行业提供课程。智能视觉灯为一个研究的项目提供了LED灯，研究了波长如何影响植物生长。研究人员发现某些波长使植物生长，而其他波长使其成为绽放。该项目还透露，某些类型的生菜仅使用一个波长。

“你给植物所有这些波长，它是浪费时间和能量，”Pinter说。

来自机器愿景客户的一个波长助长兴趣是短波红外（SWIR），主要是为了响应对SWIR摄像机的需求增加。SWIR灯渗透了几毫米的大多数材料。“通过SWIR，您可以通过使用可见或标准的下波长IR解决之前从未解决过的应用程序，”中期销售工程师James Gardiner说。“这不仅仅是机器愿景的利基部分。它可以应用于任何市场，无论是医疗保健，汽车还是技术。“

加德纳提供了检查医疗IV袋的接缝和内容的例子。“在透明的材料包中找到清晰的液体是非常困难的，”他说。“特别是在1450nm的IR频谱中，任何水基产品实际上都会吸收苏尔邦尔并出现黑色，以便您可以在清晰的背景和水基产品之间获得非常好的对比。”同样用于汽车应用中的清晰胶水和润滑剂。

与此同时，大型科技公司正在使用SWIR光来检查硅晶片的缺陷。加德纳说:“一个好的硅片在相机上是看不见的，所以SWIR可以帮助你在它和缺陷之间建立巨大的对比。”

智能视觉灯也适用于SWIR应用的更多要求，最近推出了其SWIR LED灯系列。除了公司已经提供的850-940纳米灯外，新波长还包括1050nm，1200nm，1300nm，1450nm和1550nm。

也许使用紫外线和红外照明的最大挑战来自光学器件，因为对不可见波长有效的扩散器存在很少存在的选择。如果没有适当的光学漫射材料，则光可以通过被测物体通过并产生“热点”，该图像显示在光太强烈的图像上，因此降低了图像的整体对比度。相反，如果光学漫射材料吸收过多的光，则它都不是在被测物体上进行的。

虽然LED光学材料的主要类型是塑料，但紫外线会导致塑料因日晒而分解。熔融石英和熔融石英等材料可以提供高紫外光传输。SWIR光学材料的选择也很有限，但包括熔融硅、锗、氟化钙和蓝宝石。

多年来，Smart Vision Lights在其LED灯的外壳、密封、透镜方向等功能上都使用了硅胶。根据品特的说法，与塑料和玻璃相比，硅酮光学有许多优势。光学级硅树脂具有强大的设计，在宽光谱中提供高传输，承受大的温度范围，并且对紫外线没有反应。此外，硅酮成型的成本是塑料注射成型的一小部分。

做得更少
机器视觉设计师正在持续寻求创建更容易，更便宜，更灵活，更紧凑的系统。机器视觉照明行业正在通过多光谱LED灯响应，在一个相机和一个光源的单个站点支持检查。

“你能获得的关于产品的信息越多，你就能对它进行更好的分析，”Metaphase的加德纳说。“当你不仅能在可见光谱中获得信息，还能在红外范围内获得信息时，你就有了更可靠的检测。”

使用中期的RGB + IR LED线路光的第一个应用程序之一是地面猪肉检查。客户使用RGB频谱来确保猪肉是正确的颜色。同时，光的IR部分完成了可见光不能的东西：它穿透肉的表面，以寻找嵌入式污染物，例如橡胶手套。

虽然对多光谱照明的需求持续上升，但高光谱LED可以代表机器视觉照明中的下一个前沿。对高光谱LED照明感兴趣的客户“希望具有600nm至1000nm的真正宽带，在那里的每个波长，而不是具有850 [nm] LED，940和1300的多光谱灯peaks and valleys in between,” says Smart Vision Lights’ Pinter.

由于高光谱LED照明还处于起步阶段，客户仍需依赖卤素、钨和Xeon等宽带灯泡。Pinter说:“这些灯泡浪费了很多波长，所以LED可以根据特定波长区域定制。”

正确的照明对于机器视觉中的另一个上升趋势至关重要：3D成像。对于计量应用，Moritex将其LED灯引擎与来自德州仪器的TIDLP®芯片组集成。DLP高级光控制产品延伸到UV和IR光谱中，使用可编程结构化光图案实时产生3D数据。

“该技术已被光刻用于多年，但我们将它带到了自动光学检测应用的主流机器视觉市场，如测量PCB元件，微电子和其他高端部件，”Baechler说。

虽然LED照明开发沿着缓慢而稳定的效率延续，但通过组合更高效率和更好的控制照明的力量，虽然和更好的控制照明，但在光学，传感器和软件的改进，机器视觉能力继续执行不可能的：保持起搏最高客户期望。它可以持续吗？如果过去的性能是任何指南，是的。