자동화된 검사에서는 반사율이 높거나 고르지 않은 표면으로 인해 눈부심, 그림자 및 실망스러운 허위 거부가 쉽게 발생합니다. 올바른 조명 형상을 선택하는 것은 이미지 획득 안정성을 보장하는 데 있어 가장 중요한 요소입니다. 엔지니어들은 종종 동축 조명과 돔 조명 사이에 논쟁을 벌입니다. 두 디자인 모두 그림자가 없고 균일한 조명을 제공하여 밝은 점을 제거하려고 합니다. 그러나 기본 광학 물리학은 완전히 다른 이상적인 사용 사례, 통합 공간 및 작동 거리를 지시합니다. 잘못된 형상을 적용하면 센서가 완전히 가려질 수 있습니다. 이 가이드는 동축 조명과 돔 조명을 직접적이고 기술적으로 비교합니다. 우리는 비전 엔지니어가 필요한 절충안을 평가하고 잘못된 실패율을 최소화하며 자신있게 최적의 솔루션을 지정할 수 있도록 도와드립니다. 머신 비전 조명 . 복잡한 육안 검사 문제를 위한 정확한 사용 사례, 물리적 한계, 현대 제조 환경에서 까다로운 표면 지형을 극복하는 방법을 배우게 됩니다.

주요 시사점

• 동축 조명은 미묘한 표면 결함이나 새겨진 코드를 식별해야 하는 평평하고 반사도가 높은 표면(예: 반도체 웨이퍼, 노출된 PCB, 유리)에 이상적입니다.

• 돔 조명은 물체를 다방향 확산광으로 비춰 곡선형, 주름형 또는 다면형 반사 표면(예: 호일 포장, 볼 베어링, 금속 실린더)을 조명하는 데 탁월합니다.

• 표준 동축 조명은 내부 빔 스플리터로 인해 고유한 광 손실이 발생하며 고휘도 동축 머신 비전 조명이 필요한 경우가 많습니다. 고속 이미징을 위해

• 돔 조명은 검사 대상에 매우 가깝게 장착해야 하는 반면, 동축 조명은 더 유연한 스탠드오프 거리를 제공하지만 시야(FOV)에 따라 제한됩니다.

1. 광학 원리: 각 머신 비전 조명이 광자를 조작하는 방법

자동 검사를 마스터하려면 다양한 광원이 광자를 구부리고 조작하는 방식을 이해해야 합니다. 모든 타겟은 특정 조명 기하학적 구조에서 다르게 상호 작용합니다. 동축 조명 과 돔 조명은 완전히 별개의 물리적 원리에 따라 작동합니다.

동축 조명 역학

동축 조명은 영리한 내부 배열에 의존합니다. 일반적으로 빔 스플리터라고 불리는 하프 미러를 사용합니다. 제조업체는 이 거울을 정확히 45도 각도로 기울입니다. LED 소스는 카메라 축과 수직으로 위치합니다. 빛은 빔 스플리터에 닿아 아래쪽으로 방향이 바뀐다. 카메라 렌즈와 정확히 동일한 광축을 따라 물체 위로 이동합니다.

이 빛이 완벽하게 평평한 거울 표면에 닿으면 곧바로 반사됩니다. 반사된 광자는 하프미러를 통과하여 카메라 센서로 들어갑니다. 평평한 표면이 빛나고 하얗게 보입니다. 그러나 기울어진 부분이나 고르지 못한 질감으로 인해 렌즈에서 빛이 산란됩니다. 카메라는 이러한 산란된 광자를 포착할 수 없습니다. 결과적으로 찌그러짐, 긁힘 또는 돌출된 가장자리는 밝은 배경에 비해 뚜렷하게 어둡게 나타납니다. 이 특정 필터링 효과는 토폴로지 결함 감지를 위한 매우 강력한 도구입니다.

돔 조명 역학

돔 조명은 적분구 원리를 사용하여 반사 문제를 해결합니다. 이 장치는 반사율이 높은 무광택 흰색 돔 캐비티를 갖추고 있습니다. LED는 아래쪽이 아닌 위쪽을 가리키며 이 구멍을 향합니다. 구부러진 흰색 표면이 광자를 산란시킵니다. 가능한 모든 공간 각도에서 대상 물체로 반사됩니다.

이것은 완벽한 '흐린 날' 효과를 만들어냅니다. 다방향 확산광이 대상 주위를 감쌉니다. 사실상 그림자를 제거합니다. 물체의 표면 형상에 관계없이 반사광을 중화합니다. 복잡한 모양은 완벽하게 균일한 조명을 받습니다.

'카메라 구멍' 주의 사항

중요한 신체적 제한을 조심해야 합니다. 돔 조명은 카메라가 대상을 볼 수 있도록 상단 조리개가 필요합니다. 우리는 이것을 '카메라 구멍'이라고 부릅니다. 돔 아래 완벽하게 평평하고 반사율이 높은 표면을 검사하면 문제가 발견됩니다. 카메라 구멍은 렌즈에 직접 반사됩니다. 이미지 중앙에 뚜렷한 어둡고 조명이 없는 지점으로 나타납니다. 동축 조명은 자연스럽게 이러한 특정 결함을 방지합니다. 빔 스플리터는 광학 경로에 어두운 공간이 존재하지 않도록 보장합니다.

2. 표면 형상 및 재료 결함 평가

올바른 형상을 선택하는 것은 전적으로 재료 지형에 달려 있습니다. 고정 장치를 선택하기 전에 표면 마감을 평가해야 합니다.

동축 조명을 지정해야 하는 경우

편평한 반사면을 다룰 때는 동축 솔루션에 의지해야 합니다. 실리콘 웨이퍼, 광택 알루미늄, 유리 슬라이드 및 평면 거울에는 이러한 정확한 광학 기하학이 필요합니다. 이 기술은 광학 평탄도 필터 역할을 합니다.

미세한 토폴로지 변화를 강조하는 데 탁월합니다. 반짝이는 금속의 직접 부품 마킹(DPM)은 읽기가 매우 쉽습니다. 레이저로 에칭된 바코드는 수직 빛을 산란시킵니다. 에칭된 선은 완전히 검은색으로 나타납니다. 주변의 평평한 금속은 균일하게 흰색으로 나타납니다. 이러한 극도의 대비는 안정적인 바코드 판독을 보장합니다.

동축 애플리케이션 모범 사례:

• 카메라를 대상 표면에 수직으로 정렬합니다.

• 지속적인 웹 검사 중에 대상이 완벽하게 평평한 상태를 유지하는지 확인하십시오.

• 무거운 구형 곡선이 있는 객체에는 이 방법을 사용하지 마십시오.

돔 조명을 지정하는 경우

곡선, 주름 또는 다면적인 반사면에 대해 돔 조명을 지정해야 합니다. 광택이 나는 제약 블리스 터 팩을 생각해보십시오. 주름진 금속 포일이나 구형 볼 베어링을 고려하십시오. 여기서는 동축 조명이 실패합니다. 곡면은 렌즈에서 직접 빛을 산란시킵니다. 이미지가 단순히 검게 변합니다.

돔 조명은 확산 에너지로 이러한 곡선을 감싸줍니다. 그들은 배경을 균질화합니다. 이는 고르지 않은 광택 표면에 인쇄된 텍스트를 읽는 것이 주요 목표일 때 이상적입니다. 다방향 광자는 기본 지형이 눈부신 눈부심 핫스팟을 생성하지 않도록 보장합니다. 곡선형 알루미늄 캔에 잉크젯 인쇄를 하면 완벽하게 읽을 수 있습니다.

피해야 할 일반적인 실수:

• 돔 조명을 사용하여 깊이 새겨진 특징을 읽습니다. 확산된 빛이 조각을 가득 채워 대비를 파괴합니다.

• 어두운 카메라 구멍 반사를 필연적으로 포착하는 평면 거울에 돔을 사용합니다.

3. 구현 현실: 설치 공간, 작동 거리 및 광 손실

이론 물리학은 실제적인 통합 없이는 거의 의미가 없습니다. 기계 제약, 작동 거리 및 광학 효율성을 고려해야 합니다.

작동 거리 제약

돔 조명은 대상에 대한 극도의 근접성을 요구합니다. 물체로부터 밀리미터 이내에 장착하는 경우가 많습니다. 돔 조명을 너무 높게 올리면 확산 '래핑' 효과가 저하됩니다. 조명은 기본적으로 표준 링 조명이 됩니다. 이러한 극도의 근접성은 심각한 기계적 두통을 유발합니다. 이는 로봇식 픽 앤 플레이스 툴링을 쉽게 방해합니다. 클리어런스가 심각하게 제한됩니다.

동축 장치는 훨씬 더 유연한 스탠드오프 거리를 제공합니다. 검사 평면에서 더 멀리 장착할 수 있습니다. 이는 자동화된 암과 그리퍼를 위한 보다 안전한 도구 간격을 제공합니다. 그러나 동축 하우징은 일반적으로 부피가 더 큽니다. 또한 엄격한 시야(FOV) 제한에 직면해 있습니다. 내부 미러는 필요한 FOV보다 커야 합니다. 대규모 영역을 검사하려면 똑같이 거대하고 무거운 동축 고정 장치가 필요합니다.

밝기 트레이드오프

표준 동축 조명은 엄청난 고유의 광학적 비효율성을 안고 있습니다. 45도 빔 스플리터는 심각한 빛 손실을 유발합니다. 물리학은 이 페널티를 규정합니다. 광자 여행을 살펴보겠습니다.

먼저, LED가 하프미러를 향해 빛을 발산합니다. 거울은 이 빛의 50%를 아래쪽으로 반사합니다. 나머지 50%는 하우징 본체로 전달되어 낭비됩니다. 나머지 50%는 목표물에 맞고 다시 튕겨 나옵니다. 또 거울에 부딪혔어요. 거울은 되돌아오는 빛의 50%를 카메라로 전달합니다. 나머지 절반은 LED쪽으로 반사됩니다. 궁극적으로 표준 동축 장치는 총 잠재 광 출력의 약 75%를 잃습니다.

빛 감쇠 차트

다음 차트는 빔 스플리터 기하학적 구조에 내재된 극적인 광학 손실을 보여줍니다.

고속 라인 스캔 애플리케이션은 이러한 광자 패널티를 견딜 수 없습니다. 빠른 노출 영역 스캔 애플리케이션도 어려움을 겪고 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 비전 엔지니어는 다음을 지정하는 데 크게 의존합니다. 고휘도 동축 머신 비전 라이트 . 이러한 특수 장치는 고급 열 관리 기능을 갖추고 있습니다. 고밀도 LED 어레이를 활용하여 고유한 광 손실을 적극적으로 보상합니다. 마이크로초 노출 시간이 필수일 때마다 배포해야 합니다.

4. 고급 대안: 엣지 케이스 제한 해결

표준 고정구로는 모든 검사 문제를 해결할 수 없습니다. 복잡한 기계 엔벨로프에는 특수 광학 솔루션이 필요한 경우가 많습니다. 업계 제조업체는 표준 형상 제한을 극복하기 위해 고급 대안을 개발했습니다.

동축 돔 하이브리드 솔루션

일부 최신 타겟은 평평한 거울 부분과 고도로 구부러진 가장자리를 모두 나타냅니다. 두 표준 옵션 모두 완벽하게 작동하지 않습니다. 하이브리드 고정 장치는 돔 모양과 상단 카메라 조리개에 위치한 동축 인서트를 결합합니다. 동축 모듈은 중앙 아래로 직선 빛을 주입합니다. 이는 평평한 광택 항목에 나타나는 무서운 '검은 점' 효과를 훌륭하게 제거합니다. 한편, 주변 돔은 곡선 가장자리에 대해 다방향 확산광을 유지합니다. 이 하이브리드 접근 방식은 완전한 균일성을 제공합니다.

코너 동축 혁신

기계적 여유 공간은 비전 시스템 설계를 결정하는 경우가 많습니다. 때로는 부피가 큰 직선형 동축 하우징을 장착하기 위한 수직 Z축 공간이 부족할 수도 있습니다. 기존 하우징은 카메라, 렌즈, 빔 스플리터를 수직으로 쌓아 놓습니다. 이 스택은 쉽게 200mm를 초과할 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 비전 엔지니어는 다음을 지정합니다. 코너 동축 조명 . 이 특수 변형은 매우 단단한 기계 엔벨로프를 대상으로 합니다. 조명을 각도로 주입할 수 있습니다. 90도 접힌 광학 경로를 사용하는 경우가 많습니다. 엄격한 체적 제약 조건을 해결하면서 중요한 동축 필터링 효과를 유지합니다. 이는 소형 ​​검사 셀에 완벽하게 맞습니다. 전체 기계 프레임을 재설계하지 않고도 완벽한 평면 검사를 수행할 수 있습니다.

5. 엔지니어의 결정 프레임워크: 적합한 조명 후보 선정

추측으로 인해 지연이 발생하고 엔지니어링 시간이 부풀려집니다. 하드웨어 선택에는 체계적인 접근 방식이 필요합니다. 올바른 형상을 신속하게 지정하려면 이 순차적 프레임워크를 따르십시오.

1. 지형 평가: 반사율이 높은 표면을 검사합니다. 대부분 평지인가요? 동축 솔루션에 의지해야 합니다. 곡선형인가요, 주름형인가요, 아니면 여러 각도인가요? 돔 고정 장치 쪽으로 몸을 기울여야 합니다.

2. 여유 공간 확인: 기계 CAD 모델을 평가합니다. 귀하의 설정에서는 조명이 부품과 거의 같은 높이에 놓이도록 허용합니까? 그렇다면 돔은 실행 가능성이 매우 높습니다. 자동화된 무기를 위해 50mm 이상의 여유 공간이 필요합니까? 동축이 강력하게 선호됩니다.

3. 출력 요구 사항 정의: 카메라 노출 시간을 검토하십시오. 고속 평면 기판을 검사하는 경우 75% 광 손실 규칙을 기억하십시오. 동작을 효과적으로 정지시키려면 전력 예산에 고휘도 동축 모듈을 수용해야 합니다.

4. 개념 증명(PoC): 순전히 이론에만 근거하여 유입 경로 하단 결정을 마무리하지 마십시오. 실제 생산 샘플에서 두 형상을 모두 실험실 테스트해야 합니다. 이것이 엣지 케이스 글레어를 평가하는 유일한 방법입니다.

의사결정 매트릭스 요약

이 참조 표를 사용하여 설계 단계에서 논리를 검증하세요.

물리학을 믿으세요. 광학 원리를 재료 지형과 잘못 정렬하면 아무리 소프트웨어를 처리해도 손실된 이미지 데이터가 복구되지 않습니다.

결론

조명 기하학은 보편적으로 우수하지 않습니다. 그 효율성은 전적으로 대상의 특정 모양과 검사 셀의 기계적 제약에 따라 결정됩니다. 동축 조명은 평탄도를 위한 탁월한 광학 필터 역할을 합니다. 반사성 기판의 편차, 스크래치 및 에칭을 완벽하게 강조합니다. 반대로, 돔 조명은 불균일함을 완화하는 궁극적인 이퀄라이저 역할을 합니다. 부드럽고 그림자 없는 에너지로 복잡한 곡선 대상을 감싸줍니다.

다음 단계는 매우 실용적입니다. 먼저 CAD에서 기계 여유 요구 사항을 검토하십시오. 둘째, 움직임을 정지시키는 데 필요한 노출 시간을 계산하십시오. 강렬한 조명이 필요한 경우 즉시 고휘도 모델로 업그레이드하세요. 마지막으로 비전 파트너에게 대여 장치를 요청하십시오. 실제 생산 샘플에 대한 실증적 테스트를 수행합니다. 적절한 물리적 검증을 통해 다운스트림에서 비용이 많이 드는 통합 실패를 방지할 수 있습니다.

FAQ

Q: 동축 조명이 링 조명에 비해 어두운 이미지를 생성하는 이유는 무엇입니까?

A: 내부 빔 스플리터는 본질적으로 엄청난 광학 감쇠를 유발합니다. 빛은 부품으로 반사되어 강도의 50%를 잃고 카메라로 다시 50%가 돌아옵니다. 총 약 75%의 손실을 입게 됩니다. 이 문제를 해결하려면 고휘도 LED 변형으로 업그레이드하거나 렌즈 조리개를 열거나 카메라 노출 시간을 늘려야 합니다.

Q: 돔 조명으로 평평한 거울 표면을 검사할 수 있습니까?

A: 네, 하지만 큰 제한이 있습니다. 카메라가 부품을 볼 수 있도록 하는 상단 보기 구멍은 렌즈로 직접 반사됩니다. 이렇게 하면 시야의 정중앙에 뚜렷한 다크서클이 생성됩니다. 동축 기하학은 이를 완전히 방지합니다.

Q: 코너 동축 조명은 어떤 용도로 사용되나요?

A: 엔지니어는 동축 설정의 광학적 이점이 절실히 필요하지만 부품 위의 수직 Z축 간격이 부족할 때 이를 사용합니다. 이는 기계적 발자국을 변경합니다. 빛은 각도에서 주입되어 표준 직선형 하우징이 맞지 않는 좁은 기계에 맞습니다.