工业视觉照明的理论知识

选择照明的三个步骤

1. 选择照明的方式（镜面反射光、漫反射光、透射光等）
2. 观察检测部位的特点（损伤、形状、有无等）。
3. 观察表面（平面、曲面、是否有凹凸不平等）加以决定。
4. 选择照明的方法*形状
5. 根据工件条件、设置条件等加以决定。
6. 环形光、低角度光、同轴光、碗光等。
7. 选择照明的颜色（波长）
8. 根据工件和背景的材料、颜色等加以决定。
9. 蓝色、红色、白色等。

照明器材的典型形状（LED）

• 
  

• 同轴入射方式
• CA-DX

• 
  
• 低角度方式
• CA-DL

• 
  
• 直接环照方式
• CA-DR

• 
  
• 背光方式
• CA-DS

• 
  
• 圆顶方式
• CA-DD

• 
  
• 棒型方式
• CA-DB

选择照明：第一步（镜面反射、漫反射与透射）

LED 照明种类繁多，大体上可以分为如下三种。

• 镜面反射型：
• 镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线。
• 漫反射型：
• 避开来自拍摄对象的镜面反射光，而接收整体、均一的光线。
• 透射型：
• 接收来自拍摄对象背景的光线。是一种检测轮廓的照明方式。

(1)镜面反射图像例 金属表面的刻印缺印检查

1. 
   

1. 刻印不明显

1. 刻印边缘明显

需要强调平坦的金属表面与凹凸不平的刻印部分之间的反差。

金属表面容易反射光线，因此最好是利用镜面反射光来强调表面与刻印之间的反差。

(2)漫反射图像例 透明胶带内部的晶片刻印检查

1. 
   

1. 薄膜反射光线

1. 不受薄膜的影响

需要防止产生光晕，以强调晶片表面与刻印字符之间的反差。

透明带不会产生镜面反射，因此可以选择斜向照射的漫反射光。

(3)透射图像例 无纺布异物检查

1. 
   

1. 异物不明显

1. 异物阴影明显

异物与工件色调相似，从表面上看难以判别，因此需要强调异物与工件表面之间的反差。

虽然利用反射光难以观察到异物，但是只要异物的厚度、颜色与工件之间存在差异，则可以通过采用来自工件背面的透射光使异物的黑色阴影显现出来。

要点

选择照明的第一步是根据工件的形状及检查目的，确定镜面反射、漫反射、透射等照明方式。下一步是选择照明的尺寸及光线颜色，以确保所得到的图像适于检查目的。

选择照明：第二步（确定照明方法与光线形状）

(1)镜面反射图像例 玻璃端面欠缺检查

仅使用反射光的情况下

照明光线通过镜面反射随机映射在玻璃表面

【根据工件及检查目的选择照明】

• 玻璃表面会映射照明光线。
• 需要强调玻璃与背景之间的反差。
• 最好使光线垂直照在工件上。
• 应确保工件上方有一定空间。

因此选择同轴入射照明是最适宜的

采用同轴入射照明后

玻璃表面成像均匀

(2)漫反射检查例 橡胶密封圈欠缺检查

仅使用反射光的情况下

不能看到圆周上的欠缺

【根据工件及检查目的选择照明】

• 工件是用黑色橡胶制成的，因此不会发生镜面反射。
• 欠缺部分也是黑色的，同样不会发生镜面反射。
• 如果采用某种镜面照射角度，使欠缺部分发生镜面反射，则可以达到检查目的。
• 可使光源接近工件。

因此选择低角度照明是最适宜的

(3)透射检查例 引脚形状检查

仅使用反射光的情况下

边缘部分没有反差复

【根据工件及检查目的选择照明】

• 工件是金属材料制成的，表面凹凸不平，不能产生均匀的镜面反射。
• 如使用透射光，则可以去除表面凹凸不平的影响，从而实现边缘检查。
• 工件背面可以设置光源。

因此选择面光（背光）是最适宜的

采用背光照明后

复杂的轮廓变得清晰了。

要点

在选择了镜面反射、漫反射或透射等照明方式后，根据检查目的、背景、周围环境等确定照明类型。

一般说来，镜面反射可选择同轴入射照明、环形照明或棒型照明，漫反射可选择低角度照明、环形照明或棒型照明，透射可选择面照明或棒型照明。其中环形照明及棒型照明的设置距离更加灵活，因此应用范围更广。

选择照明：第三步（决定光线颜色及波长）

最后根据工件及背景来选择光源颜色。

使用彩色照相机时一般会使用白光。如果使用黑白照相机，则需要掌握下面介绍的知识。

利用补色进行检测

为了检测纸箱中是否有红色包装的点心，分别使用了白色、红色及黑色的 LED 光源。下图所示为三种光源造成的对比度差异。

• 使用白色 LED 时
• 亮度均一，没有反差。

• 
  
• 使用红色 LED 时
• 红色包装较亮，但是效果仍然不够理想。

• 
  
• 使用蓝色 LED 时
• 仅红色包装变成黑色，反差更鲜明，检查效果稳定

• 因此蓝色是最适宜的

小知识

补色：

色相环图中相对的颜色互为补色。用补色光照射时会产生近似黑色的效果。

利用波长进行检测

透过包装薄膜拍摄晶片上的刻印文字。与蓝色相比，选择薄膜透射率更高（散射率较低）的红色光源可以产生更好的反差。

波长不同的光线具有不同的颜色、透射率（例如波长较大的红色光线具有较高的透射率）、散射率（例如波长较小的蓝色光线具有较大有散射率）等特性。

照明的理论知识 总结

选择适宜的光源可以得到良好的拍摄效果，从而有利于提高视觉系统效果。

选择光源时有一定的规律可循。一般说来，可按照下列步骤选择最理想的光源。

• 决定镜面反射、漫反射、透射
• 决定光源形状（制式）和尺寸
• 决定光源颜色（波长）