目錄
工業相機光源類型全面指南
1. 環形光源及其變體
高角度環形光源
優點
缺點
典型應用場景
低角度環形光源（暗場照明）
優點
缺點
典型應用場景
2. 條形光源與組合照明系統
技術特點
組合條形光源
優點
缺點
典型應用場景
3. 同軸光源與特殊光學設計
光學系統組件
技術優勢
變體類型
優點
缺點
典型應用場景
4. 背光源與輪廓照明技術
類型
技術特點
優點
缺點
典型應用場景
開孔背光
5. 穹頂光源與漫射照明
工作原理
適用表面
變體設計
優點
缺點
典型應用場景
微小物體檢測
高反光金屬檢測
6. 特殊用途光源
AOI專用光源
特點
應用場景
線掃描光源
特點
應用場景
點光源
特點
應用場景
特殊光源類型對比
7. 光源選型策略
光源選型的核心原則
材質特性與光源匹配策略
檢測需求與光源選擇
綜合應用案例
PCB組裝檢測系統
智能手機組裝檢測系統
工業相機光源類型全面指南
光源選擇對成像質量至關重要，直接影響檢測精度與系統穩定性
1. 環形光源及其變體
高角度環形光源
光線方向與物體表面法線夾角較大，光線近似垂直照射物體表面。特別適合檢測物體表面的印刷字符、噴碼等平面特征。
優點
- 安裝簡便
- 光線均勻性好
- 能夠有效減少陰影
- 適用于大多數常規檢測場景
缺點
- 對于高度反光的鏡面物體可能產生強烈反光干擾
- 對于深凹槽或復雜三維結構可能無法均勻照亮所有區域
典型應用場景
- PCB基板檢測和IC元件定位
- 液晶屏校正和塑膠容器外觀檢測
- 制藥行業的藥片包裝字符識別
- 汽車零部件的表面質量檢查
低角度環形光源（暗場照明）
光線方向與物體表面夾角較小，通常小于30度。平坦表面的反射光幾乎無法進入相機，而表面凸起部分的散射光則會被相機捕獲。
優點
- 突出物體表面微小的凸起、劃痕或紋理特征
- 在金屬零件表面缺陷檢測中表現優異
- 使劃痕在暗背景中呈現明亮線條，提高檢測靈敏度
缺點
- 對于平坦表面特征檢測效果不佳
- 需要精確調整角度以獲得最佳效果
典型應用場景
- 金屬軸承表面劃痕檢測
- 玻璃或塑料表面凹凸缺陷檢測
- 精密機械零件表面質量檢查
2. 條形光源與組合照明系統
由一系列LED線性排列構成，可單條使用或多條組合形成復雜的照明系統。主要特點是照射方向性強、亮度高且布局靈活。
技術特點
- 照射寬度：應大于檢測距離，否則可能造成亮度不均勻
- 長度選擇：只需覆蓋待檢測區域即可
- 角度調整：大多數支持30°至90°的角度調節
組合條形光源
通常由四條獨立可控的條形光源組成，每邊照明角度和亮度均可單獨調節。極大提高了光源的適應性，能夠應對各種復雜形狀物體的檢測需求。
優點
- 布局靈活，可單條或多條組合使用
- 亮度高，適合快速運動的物體成像
- 角度可調，適應不同特征提取需求
缺點
- 邊緣可能產生陰影，需要仔細調整位置
- 單一條形光均勻性有限，大面積照明需要多條組合
典型應用場景
- 金屬表面檢查，特別是長條形金屬件的連續檢測
- LCD面板的缺陷檢測，通過多角度照明突出不同層級的缺陷
- 輸送帶上長條形產品的在線檢測，如鋼材、塑料型材等
- 電路板上的焊點檢測，通過側光突出焊點三維形狀
3. 同軸光源與特殊光學設計
基于特殊光學設計的光源類型，其核心特點是照明光路與相機成像光路同軸，從而能夠有效消除由于物體表面不平整引起的反射干擾。
光學系統組件
- LED發光單元：提供高強度均勻照明
- 漫射板：將直射LED光轉化為均勻面光源
- 分光鏡：45度放置的半透半反鏡，反射光源光線并透射物體反射光
- 遮光罩：減少環境光干擾
技術優勢
- 反射抑制能力：特別適合高反光表面（如金屬、鏡面、玻璃等）的檢測
- 垂直照明：提供均勻的平面照明效果，有利于精確測量和邊緣提取
- 細節增強：能使表面微小劃痕和凹凸產生明顯對比度差異
變體類型
- 普通同軸光：適合一般的平面檢測和尺寸測量
- 平行同軸光：采用準直光學系統，產生高度平行的光線，特別適合檢測各種劃痕和亞表面缺陷
優點
- 消除反光干擾，提高成像清晰度
- 垂直照明使邊緣定位更精確
- 均勻性好，適合精密測量
缺點
- 光路復雜，體積相對較大
- 光效率較低，部分光線在分光鏡處損失
- 成本高于普通環形光或條形光
典型應用場景
- 高反光金屬表面字符識別和缺陷檢測
- 晶圓、芯片等半導體元件的破損檢測
- 玻璃、鏡片等透明材料的劃傷和異物檢測
- 精密零件尺寸測量，如連接器引腳間距
- 包裝條碼識別，特別是反光包裝上的條碼
4. 背光源與輪廓照明技術
從目標物體的背面進行照射，使物體在相機視野中呈現為暗色輪廓，而背景則為明亮區域。這種照明方式能夠最大限度地突出物體的外形輪廓特征。
類型
- 普通背光：采用漫射板實現均勻的面照明，適合一般的輪廓提取和尺寸測量
- 平行背光：通過特殊光學設計產生高度平行的光線，能提供邊緣銳利的投影，適合高精度尺寸測量
技術特點
- 高對比度：目標物體與背景之間可形成極高的對比度，便于邊緣檢測
- 均勻性：優質的背光源在整個照射面上亮度差異通常小于5%
- 波長選擇：短波長（如藍光）背光源能減少衍射效應，使邊緣更清晰
優點
- 提供極高對比度的輪廓圖像
- 消除表面細節干擾，專注于形狀和尺寸
- 對物體表面顏色和反射特性不敏感
缺點
- 無法獲取物體表面特征
- 物體必須能夠遮擋光線才能形成輪廓
- 對物體與背景的間距敏感，距離過近會影響邊緣清晰度
典型應用場景
- 精密零件的尺寸測量，如孔徑、軸徑等
- 透明物體（玻璃瓶、薄膜等）的雜質和缺陷檢測
- 電子元件（如連接器、芯片）的引腳間距和形狀檢測
- 篩網、多孔材料的孔徑測量和堵塞檢測
- 醫療用品（如注射器、藥片）的尺寸和完整性檢查
開孔背光
一種特殊設計，允許在背光源中心開孔，使鏡頭可以正對物體，同時仍從背面照明。這種設計在需要同時獲取表面特征和輪廓信息的場景中非常有用。
5. 穹頂光源與漫射照明
專門用于解決高反光、復雜曲面物體照明問題的光源類型。其結構采用半球形設計，內壁為高反射率的漫射材料，光源從底部向半球內壁發射光線，經過多次漫反射后形成均勻柔和的照明環境。
工作原理
基于積分球原理，通過半球形內壁的均勻漫反射，消除直接光照產生的熱點和陰影，實現對復雜形狀物體的無影照明。
適用表面
- 高光澤度表面（如拋光金屬、鋼琴漆、電鍍件）
- 復雜曲面（如汽車零件、球形物體、不規則形狀）
- 多角度反射表面（如鉆石切割面、珠寶首飾）
變體設計
- 全穹頂：完整的半球形設計，提供最均勻的照明
- 部分穹頂：半穹頂或扇形結構，適合特定角度的照明需求
- 可調穹頂：內部LED陣列可分區域控制，調整不同方向的照明強度
優點
- 提供最均勻的柔光照明
- 有效解決高反光物體成像問題
- 適合復雜三維曲面的全面檢測
缺點
- 體積較大，安裝空間要求高
- 光效較低，需要較高功率輸入
- 成本高于普通光源
典型應用場景
- 汽車零部件的表面質量檢測（如鍍鉻件、車燈）
- 手機、家電等電子產品的高光澤外殼檢測
- 珠寶、手表等精細物品的全面檢測
- 塑料制品（如化妝品容器）的表面缺陷檢測
- 金屬沖壓件的形狀和表面質量檢查
微小物體檢測
穹頂光源常與顯微鏡系統配合使用。例如，在檢測精密齒輪的齒面質量時，穹頂光源能均勻照亮每個齒面，避免單個方向照明造成的陰影遮蔽。
高反光金屬檢測
穹頂光源與偏振濾鏡的組合使用效果更佳。偏振濾鏡可以進一步抑制特定方向的反射光，增強表面真實特征的對比度。
6. 特殊用途光源
AOI專用光源
專為印刷電路板(PCB)檢測設計的光源系統，通常由多組不同角度、不同顏色的LED組成。
特點
- 三色光（紅、綠、藍）從不同角度照射，提取焊點三維信息
- 內置漫射板減少反光，避免焊點鏡面反射造成的誤判
- 可編程控制各色光強度和角度，適應不同焊點類型
應用場景
電路板焊錫檢測，特別是BGA、QFN等隱藏焊點的檢測
線掃描光源
專為線掃描相機系統設計的高亮度線性光源，通常采用大功率LED配合柱面透鏡，形成一條極窄的高強度光帶。
特點
- 超高亮度，支持微秒級短曝光
- 光帶寬度可調，匹配不同光學放大倍率
- 散熱設計優良，確保長時間工作穩定性
應用場景
高速運動的連續材料檢測，如金屬帶、塑料薄膜、紙張等
點光源
一種高準直性的小型強光源，通常用于微小區域的精細檢測。
特點
- 光斑小而強，支持高倍放大檢測
- 可搭配光纖導光，靈活布置光路
- 準直性好，邊緣銳利，測量精度高
應用場景
微型零件檢測、芯片焊點檢查、精密標記定位
特殊光源類型對比
| 光源類型 | 最佳檢測特征 | 適用材質 | 典型應用 |
| AOI光源 | 焊點三維形狀 | 金屬焊錫 | PCB檢測 |
| 線掃描光源 | 連續運動物體 | 各種材料 | 薄膜、金屬帶檢測 |
| 點光源 | 局部微小特征 | 各種材料 | 芯片標記檢測 |
| UV光源 | 表面微觀結構 | 熒光材料 | 防偽、膠水檢測 |
| IR光源 | 內部結構/溫度 | 特定材料 | 電子元件熱分析 |
| 結構光 | 三維形貌 | 漫反射表面 | 三維尺寸測量 |
7. 光源選型策略
光源選型的核心原則
- 波長選擇：不同波長的光與物質相互作用方式不同。短波長（如藍光）具有更強的散射能力，適合檢測表面紋理；長波長（如紅光）穿透力強，適合檢測內部特征。
- 亮度要求：亮度需匹配相機靈敏度和工作速度。高速檢測或短曝光時需要高亮度光源；而靜態或高靈敏度相機可降低亮度要求。
- 均勻性控制：均勻照明是精確測量的基礎。面光源均勻性通常優于點光源，帶漫射的光源均勻性優于直射光源。
- 穩定性保證：包括亮度穩定性和光譜穩定性。高品質光源在連續工作10,000小時后亮度衰減應小于5%。
- 功率與能效：LED光源因高效節能成為主流選擇，其能效通常達60-90lm/W，遠高于傳統光源。
材質特性與光源匹配策略
| 材質類型 | 推薦光源 | 附加建議 |
| 高反光金屬表面 | 同軸光源或穹頂光源 | 配合偏振濾鏡進一步消除眩光 |
| 透明材料（玻璃、塑料） | 背光照明或低角度光 | UV光可激發某些塑料的熒光特性 |
| 多層復合材料 | 多光譜照明 | 分時多光源照射，分離各層信息 |
| 彩色物體 | 黑白檢測使用互補色光源 | 真彩檢測需高顯色性白光光源 |
| 曲面物體 | 穹頂光源或多方向條形光組合 | 消除曲面造成的明暗不均 |
檢測需求與光源選擇
| 檢測目標 | 推薦光源策略 | 示例應用 |
| 表面缺陷檢測 | 劃痕：低角度光或暗場照明 | 不銹鋼表面微劃痕檢測，紅色低角度環形光使劃痕明亮顯現 |
| 精確尺寸測量 | 背光照明提供高對比度邊緣 | 精密墊片尺寸測量，藍色平行背光確保邊緣定位精度達±2μm |
| 字符識別 | 高角度光均勻照明字符區域 | 金屬零件激光打標讀取，綠色環形光使黑色字符明顯 |
| 三維形貌測量 | 結構光主動三維成像 | 電子連接器共面性檢測，結構光投影測量各引腳高度 |
綜合應用案例
PCB組裝檢測系統
- 焊膏印刷檢測：紅色環形光檢查焊膏位置和面積
- 元件貼裝后檢測：白色同軸光檢查元件位置和極性
- 回流焊后檢測：
- AOI光源（多色光）檢查焊點質量
- 側光檢查立式元件傾斜
- 最終外觀檢測：組合光檢查板面清潔度和標記
智能手機組裝檢測系統
- 玻璃蓋板檢測：
- 平行同軸光檢查表面劃痕
- UV光檢查隱形微裂紋
- 金屬邊框檢測：
- 低角度光檢查邊角劃傷
- 穹頂光檢查表面處理均勻性
- 組裝后檢測：
- 背光檢查各層對齊
- 側光檢查接縫質量
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