如何选择合适的光源？
目录
工业相机光源类型全面指南
1. 环形光源及其变体
高角度环形光源
优点
缺点
典型应用场景
低角度环形光源（暗场照明）
优点
缺点
典型应用场景
2. 条形光源与组合照明系统
技术特点
组合条形光源
优点
缺点
典型应用场景
3. 同轴光源与特殊光学设计
光学系统组件
技术优势
变体类型
优点
缺点
典型应用场景
4. 背光源与轮廓照明技术
类型
技术特点
优点
缺点
典型应用场景
开孔背光
5. 穹顶光源与漫射照明
工作原理
适用表面
变体设计
优点
缺点
典型应用场景
微小物体检测
高反光金属检测
6. 特殊用途光源
AOI专用光源
特点
应用场景
线扫描光源
特点
应用场景
点光源
特点
应用场景
特殊光源类型对比
7. 光源选型策略
光源选型的核心原则
材质特性与光源匹配策略
检测需求与光源选择
综合应用案例
PCB组装检测系统
智能手机组装检测系统
工业相机光源类型全面指南
光源选择对成像质量至关重要，直接影响检测精度与系统稳定性
1. 环形光源及其变体
高角度环形光源
光线方向与物体表面法线夹角较大，光线近似垂直照射物体表面。特别适合检测物体表面的印刷字符、喷码等平面特征。
优点
- 安装简便
- 光线均匀性好
- 能够有效减少阴影
- 适用于大多数常规检测场景
缺点
- 对于高度反光的镜面物体可能产生强烈反光干扰
- 对于深凹槽或复杂三维结构可能无法均匀照亮所有区域
典型应用场景
- PCB基板检测和IC元件定位
- 液晶屏校正和塑胶容器外观检测
- 制药行业的药片包装字符识别
- 汽车零部件的表面质量检查
低角度环形光源（暗场照明）
光线方向与物体表面夹角较小，通常小于30度。平坦表面的反射光几乎无法进入相机，而表面凸起部分的散射光则会被相机捕获。
优点
- 突出物体表面微小的凸起、划痕或纹理特征
- 在金属零件表面缺陷检测中表现优异
- 使划痕在暗背景中呈现明亮线条，提高检测灵敏度
缺点
- 对于平坦表面特征检测效果不佳
- 需要精确调整角度以获得最佳效果
典型应用场景
- 金属轴承表面划痕检测
- 玻璃或塑料表面凹凸缺陷检测
- 精密机械零件表面质量检查
2. 条形光源与组合照明系统
由一系列LED线性排列构成，可单条使用或多条组合形成复杂的照明系统。主要特点是照射方向性强、亮度高且布局灵活。
技术特点
- 照射宽度：应大于检测距离，否则可能造成亮度不均匀
- 长度选择：只需覆盖待检测区域即可
- 角度调整：大多数支持30°至90°的角度调节
组合条形光源
通常由四条独立可控的条形光源组成，每边照明角度和亮度均可单独调节。极大提高了光源的适应性，能够应对各种复杂形状物体的检测需求。
优点
- 布局灵活，可单条或多条组合使用
- 亮度高，适合快速运动的物体成像
- 角度可调，适应不同特征提取需求
缺点
- 边缘可能产生阴影，需要仔细调整位置
- 单一条形光均匀性有限，大面积照明需要多条组合
典型应用场景
- 金属表面检查，特别是长条形金属件的连续检测
- LCD面板的缺陷检测，通过多角度照明突出不同层级的缺陷
- 输送带上长条形产品的在线检测，如钢材、塑料型材等
- 电路板上的焊点检测，通过侧光突出焊点三维形状
3. 同轴光源与特殊光学设计
基于特殊光学设计的光源类型，其核心特点是照明光路与相机成像光路同轴，从而能够有效消除由于物体表面不平整引起的反射干扰。
光学系统组件
- LED发光单元：提供高强度均匀照明
- 漫射板：将直射LED光转化为均匀面光源
- 分光镜：45度放置的半透半反镜，反射光源光线并透射物体反射光
- 遮光罩：减少环境光干扰
技术优势
- 反射抑制能力：特别适合高反光表面（如金属、镜面、玻璃等）的检测
- 垂直照明：提供均匀的平面照明效果，有利于精确测量和边缘提取
- 细节增强：能使表面微小划痕和凹凸产生明显对比度差异
变体类型
- 普通同轴光：适合一般的平面检测和尺寸测量
- 平行同轴光：采用准直光学系统，产生高度平行的光线，特别适合检测各种划痕和亚表面缺陷
优点
- 消除反光干扰，提高成像清晰度
- 垂直照明使边缘定位更精确
- 均匀性好，适合精密测量
缺点
- 光路复杂，体积相对较大
- 光效率较低，部分光线在分光镜处损失
- 成本高于普通环形光或条形光
典型应用场景
- 高反光金属表面字符识别和缺陷检测
- 晶圆、芯片等半导体元件的破损检测
- 玻璃、镜片等透明材料的划伤和异物检测
- 精密零件尺寸测量，如连接器引脚间距
- 包装条码识别，特别是反光包装上的条码
4. 背光源与轮廓照明技术
从目标物体的背面进行照射，使物体在相机视野中呈现为暗色轮廓，而背景则为明亮区域。这种照明方式能够最大限度地突出物体的外形轮廓特征。
类型
- 普通背光：采用漫射板实现均匀的面照明，适合一般的轮廓提取和尺寸测量
- 平行背光：通过特殊光学设计产生高度平行的光线，能提供边缘锐利的投影，适合高精度尺寸测量
技术特点
- 高对比度：目标物体与背景之间可形成极高的对比度，便于边缘检测
- 均匀性：优质的背光源在整个照射面上亮度差异通常小于5%
- 波长选择：短波长（如蓝光）背光源能减少衍射效应，使边缘更清晰
优点
- 提供极高对比度的轮廓图像
- 消除表面细节干扰，专注于形状和尺寸
- 对物体表面颜色和反射特性不敏感
缺点
- 无法获取物体表面特征
- 物体必须能够遮挡光线才能形成轮廓
- 对物体与背景的间距敏感，距离过近会影响边缘清晰度
典型应用场景
- 精密零件的尺寸测量，如孔径、轴径等
- 透明物体（玻璃瓶、薄膜等）的杂质和缺陷检测
- 电子元件（如连接器、芯片）的引脚间距和形状检测
- 筛网、多孔材料的孔径测量和堵塞检测
- 医疗用品（如注射器、药片）的尺寸和完整性检查
开孔背光
一种特殊设计，允许在背光源中心开孔，使镜头可以正对物体，同时仍从背面照明。这种设计在需要同时获取表面特征和轮廓信息的场景中非常有用。
5. 穹顶光源与漫射照明
专门用于解决高反光、复杂曲面物体照明问题的光源类型。其结构采用半球形设计，内壁为高反射率的漫射材料，光源从底部向半球内壁发射光线，经过多次漫反射后形成均匀柔和的照明环境。
工作原理
基于积分球原理，通过半球形内壁的均匀漫反射，消除直接光照产生的热点和阴影，实现对复杂形状物体的无影照明。
适用表面
- 高光泽度表面（如抛光金属、钢琴漆、电镀件）
- 复杂曲面（如汽车零件、球形物体、不规则形状）
- 多角度反射表面（如钻石切割面、珠宝首饰）
变体设计
- 全穹顶：完整的半球形设计，提供最均匀的照明
- 部分穹顶：半穹顶或扇形结构，适合特定角度的照明需求
- 可调穹顶：内部LED阵列可分区域控制，调整不同方向的照明强度
优点
- 提供最均匀的柔光照明
- 有效解决高反光物体成像问题
- 适合复杂三维曲面的全面检测
缺点
- 体积较大，安装空间要求高
- 光效较低，需要较高功率输入
- 成本高于普通光源
典型应用场景
- 汽车零部件的表面质量检测（如镀铬件、车灯）
- 手机、家电等电子产品的高光泽外壳检测
- 珠宝、手表等精细物品的全面检测
- 塑料制品（如化妆品容器）的表面缺陷检测
- 金属冲压件的形状和表面质量检查
微小物体检测
穹顶光源常与显微镜系统配合使用。例如，在检测精密齿轮的齿面质量时，穹顶光源能均匀照亮每个齿面，避免单个方向照明造成的阴影遮蔽。
高反光金属检测
穹顶光源与偏振滤镜的组合使用效果更佳。偏振滤镜可以进一步抑制特定方向的反射光，增强表面真实特征的对比度。
6. 特殊用途光源
AOI专用光源
专为印刷电路板(PCB)检测设计的光源系统，通常由多组不同角度、不同颜色的LED组成。
特点
- 三色光（红、绿、蓝）从不同角度照射，提取焊点三维信息
- 内置漫射板减少反光，避免焊点镜面反射造成的误判
- 可编程控制各色光强度和角度，适应不同焊点类型
应用场景
电路板焊锡检测，特别是BGA、QFN等隐藏焊点的检测
线扫描光源
专为线扫描相机系统设计的高亮度线性光源，通常采用大功率LED配合柱面透镜，形成一条极窄的高强度光带。
特点
- 超高亮度，支持微秒级短曝光
- 光带宽度可调，匹配不同光学放大倍率
- 散热设计优良，确保长时间工作稳定性
应用场景
高速运动的连续材料检测，如金属带、塑料薄膜、纸张等
点光源
一种高准直性的小型强光源，通常用于微小区域的精细检测。
特点
- 光斑小而强，支持高倍放大检测
- 可搭配光纤导光，灵活布置光路
- 准直性好，边缘锐利，测量精度高
应用场景
微型零件检测、芯片焊点检查、精密标记定位
特殊光源类型对比
| 光源类型 | 最佳检测特征 | 适用材质 | 典型应用 |
| AOI光源 | 焊点三维形状 | 金属焊锡 | PCB检测 |
| 线扫描光源 | 连续运动物体 | 各种材料 | 薄膜、金属带检测 |
| 点光源 | 局部微小特征 | 各种材料 | 芯片标记检测 |
| UV光源 | 表面微观结构 | 荧光材料 | 防伪、胶水检测 |
| IR光源 | 内部结构/温度 | 特定材料 | 电子元件热分析 |
| 结构光 | 三维形貌 | 漫反射表面 | 三维尺寸测量 |
7. 光源选型策略
光源选型的核心原则
- 波长选择：不同波长的光与物质相互作用方式不同。短波长（如蓝光）具有更强的散射能力，适合检测表面纹理；长波长（如红光）穿透力强，适合检测内部特征。
- 亮度要求：亮度需匹配相机灵敏度和工作速度。高速检测或短曝光时需要高亮度光源；而静态或高灵敏度相机可降低亮度要求。
- 均匀性控制：均匀照明是精确测量的基础。面光源均匀性通常优于点光源，带漫射的光源均匀性优于直射光源。
- 稳定性保证：包括亮度稳定性和光谱稳定性。高品质光源在连续工作10,000小时后亮度衰减应小于5%。
- 功率与能效：LED光源因高效节能成为主流选择，其能效通常达60-90lm/W，远高于传统光源。
材质特性与光源匹配策略
| 材质类型 | 推荐光源 | 附加建议 |
| 高反光金属表面 | 同轴光源或穹顶光源 | 配合偏振滤镜进一步消除眩光 |
| 透明材料（玻璃、塑料） | 背光照明或低角度光 | UV光可激发某些塑料的荧光特性 |
| 多层复合材料 | 多光谱照明 | 分时多光源照射，分离各层信息 |
| 彩色物体 | 黑白检测使用互补色光源 | 真彩检测需高显色性白光光源 |
| 曲面物体 | 穹顶光源或多方向条形光组合 | 消除曲面造成的明暗不均 |
检测需求与光源选择
| 检测目标 | 推荐光源策略 | 示例应用 |
| 表面缺陷检测 | 划痕：低角度光或暗场照明 | 不锈钢表面微划痕检测，红色低角度环形光使划痕明亮显现 |
| 精确尺寸测量 | 背光照明提供高对比度边缘 | 精密垫片尺寸测量，蓝色平行背光确保边缘定位精度达±2μm |
| 字符识别 | 高角度光均匀照明字符区域 | 金属零件激光打标读取，绿色环形光使黑色字符明显 |
| 三维形貌测量 | 结构光主动三维成像 | 电子连接器共面性检测，结构光投影测量各引脚高度 |
综合应用案例
PCB组装检测系统
- 焊膏印刷检测：红色环形光检查焊膏位置和面积
- 元件贴装后检测：白色同轴光检查元件位置和极性
- 回流焊后检测：
- AOI光源（多色光）检查焊点质量
- 侧光检查立式元件倾斜
- 最终外观检测：组合光检查板面清洁度和标记
智能手机组装检测系统
- 玻璃盖板检测：
- 平行同轴光检查表面划痕
- UV光检查隐形微裂纹
- 金属边框检测：
- 低角度光检查边角划伤
- 穹顶光检查表面处理均匀性
- 组装后检测：
- 背光检查各层对齐
- 侧光检查接缝质量