thigiacmay.comCamera 5 megapixel, ống kính tốt, phần mềm nhận dạng đã huấn luyện kỹ, nhưng hệ thống vẫn báo lỗi sai 3–4 % mỗi ca vì nắp chai in mờ, mặt kim loại loá, hoặc buổi chiều nắng chiếu qua cửa sổ xưởng. Trong đa số trường hợp như vậy, thứ cần thay không phải camera mà là đèn. Ánh sáng quyết định ảnh thu được có tách được đặc điểm cần kiểm hay không; thuật toán chỉ làm việc trên những gì ánh sáng đã "vẽ" ra.
Bài viết trình bày các dạng đèn LED dùng trong thị giác máy — ring, bar, backlight, dome, coaxial, dark field — nguyên lý chiếu, bề mặt phù hợp, và những yếu tố lắp đặt trong xưởng hay bị bỏ qua. Thông số đèn lấy từ tài liệu kỹ thuật Basler tại thời điểm viết; nguyên tắc chọn áp dụng chung cho đèn hãng khác.
Vì sao ánh sáng quyết định nhiều hơn camera?
Ảnh chỉ có ý nghĩa với phần mềm khi vùng cần kiểm có độ tương phản đủ lớn với nền. Camera và ống kính chỉ ghi lại ánh sáng phản xạ từ vật; góc chiếu, bước sóng và độ khuếch tán của đèn mới quyết định phần nào của vật sáng lên, phần nào tối đi. Bài hệ thống thị giác máy tính hoạt động như thế nào trên site này đã mô tả chuỗi thu ảnh; ở đây tập trung vào mắt xích đầu tiên. Ba câu hỏi cần trả lời trước khi chọn đèn: bề mặt vật mờ hay bóng, cong hay phẳng; cần thấy gì (ký tự, mã 2D, biên dạng, vết xước); không gian lắp cho phép khoảng cách bao nhiêu và có đặt được đèn sau vật không.
Sáu dạng đèn và bề mặt phù hợp
Ring light: chiếu trực tiếp quanh trục ống kính
Đèn ring là vòng LED lắp quanh ống kính, chiếu thẳng xuống vật. Theo Basler, dạng này phù hợp "vật liệu mờ, không phản xạ": nhận dạng ký tự, đọc mã 2D, kiểm linh kiện điện tử và PCB. Gọn, dễ lắp, sáng mạnh; nhược điểm là trên bề mặt bóng sẽ tạo vòng loá đúng hình vòng đèn.
Ví dụ Basler Light Ring-70OD-x: kích thước 80 x 92 x 12 mm, nặng 120 g, có bốn phiên bản đỏ 625 nm, trắng 5000 K, xanh 465 nm và hồng ngoại 850 nm; nguồn 24 VDC ±10 %, công suất 6 W ở chế độ điều khiển điện áp; khoảng cách làm việc khuyến nghị 75–200 mm; chuẩn IP54, có bản IP67.
Bar light: dải sáng cho vật dài hoặc chiếu xiên
Bar light là thanh LED thẳng, dùng đơn hoặc ghép hai, bốn thanh quanh vật. Basler mô tả nó "hữu ích khi kiểm chi tiết dài, mỏng hoặc làm nổi cạnh vật". Đặt ở góc thấp, bar light cho hiệu ứng gần giống dark field: cạnh, gờ, vết dập nổi lên còn mặt phẳng tối đi. Basler Light Bar-10x100-x: vùng phát sáng 10 x 100 mm, thân 18 x 110 x 20 mm, 90 g, 24 VDC ±5 %, 3 W, khoảng cách làm việc 10–150 mm, bản trắng 500 lumen.
Backlight: đo biên dạng và phát hiện lỗ, thiếu
Backlight đặt phía sau vật, chiếu về phía camera; vật hiện thành bóng đen trên nền sáng. Đây là cách ổn định nhất để đo kích thước ngoài, đếm lỗ, kiểm thiếu chân linh kiện, kiểm mức chất lỏng trong chai trong suốt. Nó không cho thấy gì trên bề mặt vật và cần chỗ đặt đèn phía sau. Dòng đèn Basler có backlight từ 50 x 100 đến 200 x 300 mm theo tài liệu tổng quan của hãng; chọn cỡ lớn hơn vật để mép vật không dính vào rìa đèn.
Dome light: vật bóng, cong, cần ánh sáng không bóng đổ
Dome light là vòm bán cầu phủ trắng, LED bố trí theo vòng ở chân vòm và chiếu lên vòm; ánh sáng tán xạ trở lại vật từ mọi hướng. Basler mô tả dome cho "chiếu sáng gần như không bóng đổ trên vật phản xạ mạnh": nắp lon, vỉ thuốc, bao bì bóng kính, chi tiết kim loại cong. Nhược điểm là cồng kềnh và phải đặt rất gần vật. Basler Light Dome-100OD-x: thân 150 x 150 x 80 mm, 450 g, vòm 100 mm, lỗ ống kính 30 mm; 24 VDC ±5 %, 8 W; khoảng cách làm việc 1–30 mm; IP54.
Coaxial light: soi xước trên mặt gương, phẳng
Coaxial light dùng gương bán trong suốt đặt 45 độ: ánh sáng từ LED bên hông hắt vào gương, đi xuống vật theo đúng trục ống kính; ánh sáng phản xạ đi ngược lên xuyên qua gương vào camera. Trên mặt phẳng bóng, vùng phẳng phản xạ đều thành nền sáng, còn vết xước, vết lõm tán xạ ra ngoài trục nên hiện tối. Basler khuyên dùng cho "bề mặt bán bóng, bóng hoặc phản xạ" khi cần thấy xước, hư hại; độ tương phản chỉnh bằng khoảng cách camera–vật. Basler Light Coaxial-100x100-x: vùng sáng 100 x 100 mm, thân 150 x 150 x 151 mm, 1,2 kg, 24 VDC ±10 %, 11 W, khoảng cách làm việc 1–30 mm, IP54.
Dark field: chiếu xiên góc thấp cho vết nổi
Dark field là đèn vòng có góc chiếu rất thấp, gần song song mặt vật. Mặt phẳng không phản xạ về camera nên tối; cạnh, vết khắc, vết nứt, bụi bám tán xạ về camera nên sáng. Dùng đọc ký tự khắc chìm, kiểm nứt kính, phát hiện tạp chất. Basler có dark field cỡ 50, 75 và 100 OD.
Bảng chọn nhanh theo bề mặt và mục tiêu kiểm
| Bề mặt / mục tiêu | Đèn nên thử trước | Đèn thay thế | Lưu ý lắp đặt |
|---|---|---|---|
| Mờ, nhám; đọc ký tự, mã 2D, PCB | Ring | Bar ghép đôi | Khoảng cách 75–200 mm với ring 70 OD |
| Đo biên dạng, đếm lỗ, kiểm thiếu | Backlight | Không | Cần chỗ sau vật; đèn lớn hơn vật |
| Bóng, cong; nắp lon, vỉ thuốc, bao bì | Dome | Flat dome | Vật cách vòm 1–30 mm |
| Bóng, phẳng; xước, lõm, in trên kim loại | Coaxial | Flat dome | Vật cách đèn 1–30 mm; camera nhìn xuyên gương |
| Vết khắc, nứt, tạp chất trên mặt phẳng | Dark field | Bar góc thấp | Đèn sát mặt vật, che ánh sáng môi trường |
| Chi tiết dài, cạnh, gờ | Bar | Ring cỡ lớn | Chỉnh góc bar từng thanh |
Màu đèn và bước sóng: chọn theo vật, không theo thói quen
Đèn Basler có bốn màu chuẩn: đỏ 625 nm, trắng 5000 K, xanh 465 nm, hồng ngoại 850 nm; ngoài ra có bản SWIR 1050 nm và UV 365/395 nm. Nguyên tắc: màu đèn trùng màu vật thì vật sáng lên, đối màu thì tối đi — chữ đen trên nền đỏ chiếu đèn đỏ, nền xoá trắng, chữ nổi rõ. Đèn hồng ngoại kèm kính lọc giúp loại phần lớn ánh sáng đèn xưởng.
Yếu tố "công nghiệp" của đèn: nhiệt, bụi, nguồn và điều khiển
Đèn thị giác máy hay bị coi là phụ kiện, nhưng nó đứng trong xưởng như mọi thiết bị khác. Bốn điểm cần đọc kỹ trong datasheet:
- Nhiệt độ. Tài liệu Basler ghi nhiệt độ vận hành khuyến nghị 10–30 °C, tối đa 45 °C nếu có tản nhiệt hoặc chạy chớp với chu kỳ làm việc thấp. LED nóng thì giảm sáng và giảm tuổi thọ; đèn đặt cạnh lò sấy hay trong tủ kín sẽ mờ dần sau vài tháng, hệ thống "tự nhiên" báo lỗi nhiều hơn.
- Bụi, nước. Bản chuẩn IP54, bản IP67 cho khu rửa hoặc nhiều bụi. Kính đèn bám bụi làm sáng không đều — lịch lau kính là việc thường quên.
- Nguồn và chế độ điều khiển. Đèn chạy 24 VDC; Basler nêu hai chế độ: điều khiển điện áp (chạy liên tục) và điều khiển dòng qua bộ điều khiển ngoài như Basler SLP, cho phép chớp đồng bộ với trigger camera. Với vật chuyển động, chớp đồng bộ vừa tránh nhoè vừa cho phép quá dòng ngắn để sáng hơn.
- Ánh sáng môi trường. Cửa sổ, đèn trần, đèn hàn của trạm bên cạnh đều lọt vào ảnh. Che chắn cơ khí rẻ hơn nhiều so với xử lý phần mềm.
Đèn, camera và ống kính là một bộ; máy tính công nghiệp xử lý ảnh đặt ngay trạm cũng chịu điều kiện tương tự — xem hướng dẫn chọn cấu hình máy tính công nghiệp; với trạm kiểm PCB, đọc thêm ứng dụng thị giác máy trong sản xuất bảng mạch điện tử.
Câu hỏi thường gặp về ánh sáng thị giác máy
Có thể dùng một đèn ring cho mọi trạm kiểm không?
Không nên. Ring light hợp bề mặt mờ; trên vật bóng nó tạo vòng loá che mất chi tiết. Mỗi trạm chọn đèn theo bề mặt và mục tiêu kiểm, thử ít nhất hai dạng đèn với mẫu thật trước khi chốt.
Dome và coaxial khác nhau ở đâu khi cả hai đều cho vật bóng?
Dome cho ánh sáng từ mọi hướng, hợp vật cong, mục tiêu là "xoá" phản xạ để đọc in ấn. Coaxial cho ánh sáng đúng trục camera, hợp vật phẳng, mục tiêu là "làm nổi" vết xước. Cùng một nắp kim loại: đọc chữ in dùng dome, tìm xước dùng coaxial.
Đèn nên chạy liên tục hay chớp?
Vật đứng yên hoặc chuyển động chậm: chạy liên tục ở chế độ điều khiển điện áp. Vật chuyển động nhanh hoặc cần rất sáng: chớp đồng bộ trigger qua bộ điều khiển dòng; chớp còn giúp đèn mát hơn, LED bền hơn.
IPC247 hỗ trợ gì cho trạm kiểm bằng thị giác máy?
IPC247 cung cấp camera công nghiệp, ống kính, đèn LED và máy tính công nghiệp xử lý ảnh cho trạm kiểm. Với mẫu vật khách gửi, đội kỹ thuật thử các dạng đèn và màu đèn, gửi lại ảnh so sánh để khách chọn; sau đó tư vấn cấu hình đèn, bộ điều khiển chớp và máy tính phù hợp nhiệt độ, bụi, rung tại vị trí lắp. Khách có thể mượn bộ demo chạy thử trên dây chuyền trước khi quyết định.
Nguồn tham khảo
- Basler Lights – tài liệu tổng quan các dòng đèn (docs.baslerweb.com)
- Basler Light Ring-70OD-x – thông số kỹ thuật (docs.baslerweb.com)
- Basler Light Dome-100OD-x – thông số kỹ thuật (docs.baslerweb.com)
- Basler Light Coaxial-100x100-x – thông số kỹ thuật (docs.baslerweb.com)
- Basler – Coaxial light: nguyên lý và ứng dụng (baslerweb.com)
