机器视觉LED光源如何应对环境复杂的工业现场环境

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LED(Light Emitting Diode)光源，顾名思义，其重要组成是发光二极管(LED)这种会发光的半导体组件。相比普通光源存在的发光易烧、热沉积、光衰等缺点，LED光源具有很多优势。它多变幻，可利用红、绿、蓝三基色原理行成不同的光色组合，同时应用灵活，有点、线、面各种形式的产品，且控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光；LED光源性能可靠，它的半衰期(即光输出量减少到最初值一半儿的时间)大概是1万-10万小时；LED光源的亮度拓展空间极大，像计算机技术一样，LED的发展遵循摩尔定律，每隔18个月它的亮度就会提高一倍。上述这些都可以成为机器视觉系统集成商和设备制造商在选择光源产品的时候将LED光源作为首选的重要原因。

一般情况下，机器视觉系统集成商和设备制造商在选择光源时需考虑五个技术方面的因素：方向、光谱、偏振性(Polarization)、强度、均匀性。然后根据了解检测内容如尺寸测量、定位和被测物形态、颜色、材料以及限制条件等因素选择出合适的光源类型。最后再根据预算、使用习惯、品牌知名度等对不同品牌的相同或类似类型产品进行比较选择。值得指出的是，大家在选择光源时都习惯性的有一个假设前提：这个光源是稳定可靠的。因为光源、相机、镜头此类机器视觉系统前端的产品通常是在接近理想的清洁或者良好的环境中使用的。但是，工业现场生产线上的光源等产品经常必须在有毒、高温、强湿、肮脏的环境中运行，并且必须要承受震动和热应力，因此，工业用途中使用的光源等产品需要在设计、选料、生产的时候就考虑到特殊的使用环境并使其产品能使用这种环境的应用。

LED产业链大致可分为五个部分：原材料；LED上游产业，包括外延材料和芯片制造；LED中游产业，主要包括各种LED器件和封装；LED下游产业，包括各种LED的应用产品产业，如机器视觉LED光源；测试仪器和生产设备。机器视觉LED光源属于LED产业链的下游。机器视觉光源制造厂商一般会从LED中游产业厂商那里购买已经封装完毕LED颗粒，然后根据光源设计自行或者委托加工生产机器视觉光源，经过质量测试后卖给机器视觉系统集成商和设备制造商，最终将其安装到机器视觉系统上。据此，针对LED机器视觉光源的稳定性和抗复杂应用环境的能力,中国视觉网记者近日对数家国内外知名的机器视觉光源厂商进行了采访，我们希望从LED颗粒的选用直至设计、生产完毕这整个过程对机器视觉光源进行一次全面拷问！

光源的设计者有理由认为，所有LED颗粒的品质都是一样的。然而，LED的制造商和供应商众多，亚洲生产商向全球供应低成本的LED，但目前在这些制造商中，只有一少部分能够生产出高品质的LED。对于简单指示作用的应用，低品质的LED就足以满足要求，但在恶劣环境例如军用、航天航空以及工业等应用领域，要求是很苛刻的，LED必须符合高质量的需要，如机器视觉系统集成商在选择光源时的一个重要考虑因素即均匀性。当一个LED光源众多的LED颗粒中有少部分性能指标与整体不同，比如衰减速度过快甚至损坏，都将直接影响到一个机器视觉光源的均匀性。如该问题发生在工业现场正在应用的光源上则会直接影响到获取的图像质量进而影响后端的检测准确率。

那么，作为业内知名的LED机器视觉光源品牌，LED光源发光颗粒的质量取决于哪些方面因素呢？各公司是如何保证在LED光源制造之初在对LED颗粒选取上进行严格把关？他们又会选用哪些厂商的LED颗粒来保证其机器视觉光源的稳定性和质量呢？

日本CCS王耀东：首先,由于LED颗粒的制造工艺尚未成熟,哪怕是同一批量的LED颗粒，在质量上的差距还是很大的，具体表现在LED晶片本身、透明镜头的材质和加工工艺及封装技术上。目前，真正能用在FA机器视觉上的LED颗粒制造厂家，全世界也就3-5家。同用于其他工业和民生上的LED颗粒数量相比,用于机器视觉的LED颗粒的需求量实在太小,所以尽管可以获得较高利润率,LED颗粒厂家还是不太愿意供应高质量的LED颗粒，这就使得那些小规模的LED照明厂商很难得到高质量的LED颗粒，当然，也就在原料关口被打消了制造出高质量的LED照明的可能性。

应该说，老牌的LED照明厂商要比LED颗粒供应商更懂得对LED颗粒的技术要求。LED颗粒主要的控制参数包括：相对亮度-顺电流特性(Relative Luminosity vs. Forward Current) 、相对亮度－周围温度特性(Relative Luminosity vs. Ambient Temperature) 、光谱特性(Emission Spectrum) 、顺电流-顺电压特性(Forward Current vs. Forward Voltage) 这四个方面。因为它们将直接影响到照明产品的光亮度、均匀度和稳定性。我认为目前比较著名的LED颗粒制造商应该是日本的日亚化学工业株式会社(NICHIA)。

美国Ai王升：LED光源的发光颗粒的质量取决于亮度、视角分布、光的颜色、批次的一致性、壳体散热好坏、寿命等因素，Ai公司所用的LED大部分是从世界知名LED制造商SunLED公司购买。

东冠科技张礼洪：LED光源的发光颗粒的质量取决于所用芯片材料以及相应的封装技术。

我司采用的LED产品都会进行电压照明测试LED的工作电压、亮度、波长（即颜色）筛选，分成32等级，只有同一等级的才安装在一个灯具种。我司采用的LED颗粒都是新加坡知名LED颗粒制造商。

上海铂美张劲泰：光源是决定一套机器视觉系统是否成功的关键,而机器视觉光源的品质是由光源的整体设计结构、每一粒LED的性能及光源的封装决定的，我们公司的机器视觉专用光源中的LED是按照我们提供的参数定制化生产的，采用的是国际上稳定性和质量顶级的芯片。每一粒LED都要经过仪器测试，对于不符合参数要求的LED必须剔除，不能用到光源上。同时这种按照特殊参数定制的LED要比一般的LED的半衰期周期长。

北京凌云赵严：LED发光颗粒是一种半导体发光材料，材料学的发展和半导体制造工艺的日益完善是LED质量提升和保障根源。在LED产生初期，其发光亮度非常微弱，效率低且寿命很不稳定，主要是材料的问题，包括材料的成分与纯度或掺杂度的控制。半导体工艺的发展使得制造环节的问题得以解决，LED性能提升主要体现在材料学研究的不断突破。我们如果关注紫外LED近几年的发展历程，可以看作是可见光LED组件发展的一个缩影。在经济全球化的趋势下，LED材料和芯片制造这两个对质量影响最为重要的因素似乎已不再是问题，主要的几大供应商或供应基地提供的产品性能都达到了较高的水准，而在组件封装过程中，问题显得比较突出，例如bongding的工艺、导热模型的设计和封装的支架材料，都直接影响了后期的使用效果和质量。