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机器视觉应用概述——半导体激光器在工业探测中的应用


时间:2012-08-10

应用领域:半导体


    由于机器视觉系统可以快速获取大量信息,而且易于自动处理,也易于同设计信息以及加工控制信息集成,因此,在现代自动化生产过程中,人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合,常用机器视觉来替代人工视觉;同时在大批量工业生产过程中,用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高,用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成,是实现计算机集成制造的基础技术。 
    总之,随着机器视觉技术自身的成熟和发展,可以预计它将在现代和未来制造企业中得到越来越广泛的应用。 



    机器视觉系统主要部件包括:光源,镜头(有时包含滤光片),相机,图像采集卡,图像处理平台等。 

    在整个系统中每一部分都有举足轻重的作用,光源部分也不例外。 
    在机器视觉系统设计中,照明( Lighting )设计可控制的参数有:
    1.方向( Direction ):主要有直射( Directed )和散射( Diffuse )两种方式,其主要取决于光源类型和放置位置。 
    2 .光谱( Spectrum ):即光的颜色,其主要取决于光源类型和光源或镜头的滤光片性能。光源的光谱用色温( color temperature )进行度量,色温是指当某一种光源的光谱分布与某一温度下的完全辐射体(黑体)的光谱分布相同时完全辐射体(黑体)的温度。 
    3 .极性( Polarization ):即光波的极性,镜面反射光( specularly reflected light )有极性,而漫反射光( diffused reflected light )没有极性。可在镜头前加一滤光片消除镜面反射光。 
    4. 强度( Intensity ):光强不够会降低图像的对比度,而过大则功耗大并且需散热处理。 
    5. 均匀性( Uniformity ):机器视觉系统的基本要求,但光源随距离和角度光强衰减。 

物体的主要光学特性包括:
    1. 反射( Reflectance ):主要有镜面反射( Specular or Fresnel reflection )和漫反射( Diffusereflection )两种类型。 
    2. 透射( Optical density ):其取决于物体的材料构成和厚度。 
    3 .折射( Refraction ):主要存在于透明材料中。 
    4 .颜色( Color ):透射或反射的光能的光谱分布。 
    5 .纹理( Texture ):可用光照来进行增强或减弱。 
    6. 高度( Height ):直射照明可增强高度信息,而散射照明可减弱高度信息。 
    7. 表面方向( Surface orientation ):直射照明可增强表面方向信息,而散射照明可减弱表面方向信息。 


(A)


(B)


(C)


(D)

    在 3-D 视觉检测系统中常常需要优质的线光源,并且对线光源的功率输出、线宽、景深等参数都有较高的要求。 

    美国StockerYale公司 Lasiris TM 半导体激光器,激光光束利用透镜展成线性可以实现较为均匀的功率分布。如图所示:

    可以应用于位置较准、轮廓测量、半导体电路检测、工业检测等诸多领域。相比于普通半导体激光器有以下几方面优点: 
    1.   激光器输出波长、从输出功率非常稳定。激光器采用恒功率控制,利用 PIN 管探测输出光,通过反馈电路稳定输出功率。 
    2.   激光器可靠性强。静电保护,过电保护,温度保护。
    3.   均匀的功率分布。
    4.   多种输出功率选择,模式选择。如图所示: 

    5.   线宽、景深等技术参数优异。 
    6.   线性度好。
    7.   准直角随温度漂移小。 
    8.   严格按照国际安全标准 IEC 、 CDRH 分级。 
    该激光光源在整体设计的细节方面考虑得比较全面,使用寿命长,完全可以满足高端的视觉设备或检测设备的需求。