機器視覺照明控制的重要性

適當的照明對項目的成敗至關重要

當工程師開始搭建新的機器視覺系統時，他們通常會非常仔細地考慮運動速度、光學和圖像處理軟件。照明通常是下一個需要考慮的問題，因為合適的照明可以顯著減少軟件開發時間，甚至對項目的成功或失敗至關重要。照明的目的是在視場上投射一個均勻的照明區域，以便獲得清晰的圖像，并可以從背景中分離出所需的特征。

機器視覺照明控制的類型

大多數機器視覺系統的光源常使用以下三種驅動：恒壓驅動、帶脈寬調制（PWM）的電壓驅動或恒流驅動。最早的光源照明控制器是電壓驅動，這種技術在普通的應用中是足夠的。然而，用電壓驅動光源會有顯著的缺點:光源的電源電壓是恒定的，需要通過電流來決定所獲得的亮度，而不是電壓。由于光源在使用過程中溫度會發生變化，相同的電壓也會產生不同的亮度。

圖1展示了典型光源的照度和正向電流之間的線性關系。它表明正向電流和電壓之間的關系是非常非線性的，電源電壓的一個微小變化就會引起電流的大變化，從而造成亮度的大變化。這種效應意味著電壓驅動不能在照明強度上實現精確和準確的調節。電壓驅動器也容易受到系統供電電壓的小波動，這可能導致照明水平發生顯著變化。

盡管有電壓驅動的局限性，一些照明控制器利用這種類型的電源來節省成本。由于電壓驅動不能直接控制照明亮度，因此可以采用脈寬調制（PWM）代替。PWM在每次曝光時開關幾次，以獲得平均亮度。PWM脈沖由內部時鐘控制，為了獲得對亮度的精確控制，需要一個更快的內部時鐘。時鐘限制了PWM可以提供的照明級別的數量。一個典型的電壓驅動照明控制器提供100個強度級別，而一個典型的電流驅動照明控制器通常提供幾千個強度級別和更好的控制水平。

恒流照明控制器的設計通過恒流照明控制器的設計通過可控的電流直接控制照明強度。恒流驅動可能是LED照明控制中最精確和可靠的選擇，因為照明強度與電流成正比，而電流驅動不受電源變化的影響。恒流控制器在高速系統和需要脈沖光的地方也有顯著的好處。

高速照明控制

照明控制的一個重要挑戰是為每次曝光創建可重復的照明強度，這得益于精確的方形脈沖，具有穩定的上升沿和下降沿。尖銳的脈沖邊緣很難通過電壓驅動實現，特別是當照明控制器和燈之間的電纜很長時，可能會導致亮度隨著時間和曝光的不同而變化。恒流照明控制器能夠利用更高的電壓水平，快速建立準確的照明，而不會造成EMC干擾。這使得恒流驅動比電壓驅動快10倍。

在PWM系統中，照明強度的準確性依賴于每次曝光有大量的電壓脈沖。高速的照明系統可能只有幾微秒的曝光時間，每次曝光只會出現幾個PWM脈沖。在這種高速照明系統中，PWM周期的不同會對照明強度產生可測量的影響。如圖2所示，相機曝光和PWM脈沖的時鐘導致相機第一次曝光比第二次曝光接收到超過30%的光，一個更快的內部PWM時鐘可以減少這種影響，但這些高速電壓脈沖會導致鄰近系統的EMC干擾。更先進的PWM系統可能提供同步PWM周期與相機快門的能力，但這可能很難實現，特別是滾動快門相機系統。

頻閃的優勢

現階段光源照明的一個重要好處是，光源可以產生比設備制造商指定的最大亮度更高的照明。這是通過一種被稱為頻閃的技術實現的，即經過光源的一個短暫但高的電流來實現的。當二極管內部的散熱處理得當時，頻閃不會損壞LED，因此它永遠不會超過安全水平，這是通過基于LED燈的額定功率、通過光源的電流和占空比的精確計算完成的。為電源提供24V電壓的基于電壓的照明控制器不能創造一個可控的頻閃水平，而那些提供雙電壓的照明控制器則會在兩個電壓水平之間出現不可預測的亮度不連續性。只有恒流控制器才能安全、準確地控制頻閃。