哎,我跟你说,搞工业视觉检测的朋友,十有八九都在光源上栽过跟头。东西摆在那儿,相机就是“看不清”或者“找不着”,那感觉,简直能把人急出白头发。今儿咱不整那些虚头巴脑的理论,就唠唠最常用、也最让人摸不着头脑的“红蓝CP”——工业相机的红色光和蓝色光到底该怎么用。说白了,工业相机红蓝光怎么用的核心,就是一场“波长”与“颜色”的精准博弈,选对了,问题迎刃而解;选错了,事倍功半-1-6

一、 红与蓝,性格迥异的“两兄弟”

你得先把红光和蓝光想象成性格完全不同的两个人。

红光,像个老成持重的“穿透者”。它的波长比较长,通常在625-660纳米左右-1。波长长有啥好处?一个是穿透力强,不容易被散射掉-2。比如你要看一瓶矿泉水里有没有悬浮杂质,或者透过一层半透明的薄膜看下面的图案,白光可能一片模糊,但红光就能比较顺利地穿过去,把内部的异物或底层图案的阴影清晰地投射出来,对比度瞬间拉高-6。另一个是它对很多材料的表面不“敏感”,能抑制不必要的反光。车间里焊接火花四溅,那光强得吓人,但火花的光谱主要集中在蓝绿光区域,你用红光来照明,就能有效避开干扰,让相机稳稳地看清焊缝位置-2

蓝光,则是个眼光毒辣的“显微镜”。它的波长短,大概在450-470纳米-1。短波长光性子急,遇到一点点表面不平整,比如划痕、凹陷、毛刺,就立刻发生散射,逮个正着-2。所以,蓝光天生就是检测表面微小缺陷的能手。在暗场照明下(光线斜着打),一个肉眼难辨的0.1微米划痕,在蓝光照射下,能在相机里变成一条明显的亮线,检出率超高-2。更绝的一招是利用“互补色”原理。色环上相对的两种颜色就是互补色,比如红和蓝(更确切说是红和青)。你用蓝光去照红色的物体(比如药板上的红色药片),红色物体会把蓝光吸收掉,在图像里呈现出近乎黑色的高对比度轮廓,背景却可能很亮,这样识别起来就毫不费力了-1-6

所以你看,第一次谈工业相机红蓝光怎么用的,诀窍就是看清任务本质:查内部、抗反光,找红光;看表面、抓细微、做对比,找蓝光

二、 实战出真知:看看别人家是怎么玩的

光说原理可能还有点晕,咱看看工厂里的老师傅们实际都咋用的。

电子制造业,这可是红蓝光的主战场。比如检测印刷电路板(PCB),板子基材往往是绿色的。这时候如果用红光去照,绿色背景会吸收红光显得暗,而铜制线路则会反射红光显得亮,一暗一明,线路有没有短路、断路一目了然-7。反过来,如果要检测PCB上的白色丝印字符或者焊锡膏的印刷质量,用蓝光效果可能更好,它能增强表面纹理的对比度-2

包装质检线上,情况又不一样。要检测铝箔包装(比如药板)里有没有缺粒。铝箔反光厉害,直接拍一片亮白。这时候“红光+偏振镜”的组合拳就出场了。特定角度的环形红光配合偏振相机,能死死压住铝箔的镜面炫光,让缺失药丸的凹坑清晰地显现出来,据说有企业这么一弄,漏检率降到了万分之一的级别-2

还有更高级的玩法。现在有些3D线激光轮廓仪,也提供了红光和蓝光版本可选。你猜在扫描亮闪闪的金属零件或者潮湿的铁路道碴时,用哪个?答案是蓝光。因为蓝光的抗环境光(尤其是太阳光)干扰能力更强,能在这种恶劣条件下获取更清晰、更精确的三维轮廓数据-10。而红光版本则性价比更高,用于一般场景。

这就引出第二次聊工业相机红蓝光怎么用的关键点:别单打独斗,考虑“组合技”。光线颜色只是其一,打光的角度(同轴、环形、背光)、是否用偏振片要不要搭配特定滤光片,这些因素共同决定了最终的成像效果-1-5。比如同轴光源(光线沿着相机镜头方向垂直打下去),天生就是为抑制反光、凸显划痕而生的,它本身就可以选用红、蓝等各种颜色的光-5

三、 避坑指南:这些“雷”你可别踩

知道了怎么用,还得知道怎么别用错,这都是经验(或者说教训)之谈。

首先,别忽视环境光。车间里的日光灯、窗户进来的太阳光,都是强大的干扰源。它们主要是白光,包含了所有颜色的光-1。解决办法除了加遮光罩,就是在相机镜头前加装窄带滤光片。比如你用的是630纳米的红光,那就加一个只允许630纳米附近很窄一段光通过的滤光片,把环境里其他波长的光都过滤掉,画面立刻就干净了-2

相机自己也得“挑食”。不是所有相机对红蓝光的感应都一样灵敏。大部分CMOS传感器对红光(600-700纳米)的量子效率(可以理解为感光能力)反而更高-2。而有些老式的CCD相机,可能对红外光就不太敏感-1。所以选定光源前,最好查一下相机传感器的光谱响应曲线。

成本与精度要平衡。普通红光LED光源通常是最经济实惠的选择-1。但如果你追求极致的精度,比如半导体检测,那么窄光谱的激光蓝光或量子点红光可能是必需,当然价格也更高-2

所以你看,第三次谈工业相机红蓝光怎么用的,重点在于系统思维:把光源、镜头、相机、滤光片乃至被检测物体本身,看作一个整体来调试。没有一个方案放之四海而皆准,最佳效果都是反复试验“试”出来的。


网友互动问答

1. 网友“机电老法师”问:老师傅,我们厂主要是检测金属零部件表面的划痕和机油污渍,零件颜色有黑有银。用白光总觉得效果不稳定,有时亮有时暗。请问这情况用红蓝光哪个更合适?具体该怎么布置?

答: 老师傅您好!您这问题非常典型,金属表面检测确实是难点。针对您的情况,我的建议是优先尝试蓝色光,并且搭配同轴照明的方式-5

原因如下:金属表面,尤其是银亮色零件,反光非常厉害,像镜子一样。白光包含所有颜色,这种镜面反射会让相机“过曝”,一片惨白,细节全无。蓝光波长短,更易凸显表面物理形貌的变化-2。当蓝光以同轴方式(垂直向下)照射到光滑金属表面时,大部分光会原路反射进入镜头,画面明亮;一旦遇到划痕或污渍(机油通常会使表面变粗糙),这些地方会发生漫反射,光线散开,进入镜头的就少,在图像上就显示为暗色的缺陷,对比度极高-5

对于黑色零件,虽然它本身吸光,但表面的划痕同样会改变光的散射特性,在合适的角度下也能被捕捉到。布置上,直接选用蓝色同轴光源是最直接高效的方案-5。安装时注意光源距离物体表面不宜过远,通常在1.5倍光源直径内,以保证亮度均匀-5。调试时,可以微调光源的亮度和相机的曝光时间,确保光滑处不过曝,又能让缺陷清晰显现。如果车间环境光复杂,强烈建议在相机镜头前加装一个对应蓝光波段的窄带滤光片,效果会有质的提升-2

2. 网友“视觉小白”问:大佬好!我刚入行,看资料说红光穿透性好。我们有个需求是检测透明塑料瓶里的液体浑浊度。是不是直接用红色环形光源从上往下照就行了?还需要注意啥?

答: 小白同学,你的思路方向是对的!利用红光穿透性检测透明容器内部,是个非常经典的应用-2。但方法上可以更优化一点,直接从上往下打环形光,可能不是最佳选择。

我推荐你尝试 “红色背光源” 的方案。也就是把红色光源放在塑料瓶的正后方,相机在正前方拍摄。这样,红光穿透瓶身和液体照射过来。如果液体纯净,透光均匀,相机得到的图像亮度均匀一致。一旦液体出现浑浊、悬浮物或分层,这些地方会散射或吸收红光,导致透过的光量减少,在图像上形成暗斑或阴影,从而被轻易识别-6-8

这种方法对比度远高于正面照明。需要注意几点:第一,背景要干净,最好使用专业的背光板,保证光线均匀。第二,塑料瓶本身要洁净,避免瓶身划痕干扰判断。第三,如果瓶子是带颜色的(比如淡绿色),你需要测试一下红光和蓝光哪个穿透对比效果更好,遵循“互补色产生暗影”的原则-1。第四,确保相机动态范围足够,能同时看清瓶身标签(如果有的話)和内部液体的细节。多试试,你会很快上手的!

3. 网友“项目纠结中”问:我们正在规划一个电池极片涂布的在线检测项目,要测黑色涂层的厚度均匀性。听说红光和红外线都能“看透”表面,该怎么选?另外看资料还有用蓝激光做3D扫描的,那种适合我们吗?

答: 您这个项目属于高精度、高难度的应用,选对光源技术至关重要。首先直接给结论:对于穿透黑色涂层看基底以测厚度均匀性,近红外光(特别是785nm或850nm以上)很可能是比普通红光更好的选择-2

虽然红光(620-750nm)穿透力比可见光强,但对于某些致密的黑色涂层可能仍显不足。波长更长的近红外光(IR) 穿透能力更胜一筹-1。它能让光部分穿透涂层,到达下方的金属基材。涂层厚度不一致,透过去的光量以及基材反射回来的光量就会有细微差异,通过高灵敏度的InGaAs相机捕捉这些灰度差异,就能反推出厚度变化,业内已有成熟应用,精度可达微米级-2

但注意,用红外光有两个前提:1. 你的相机必须对红外光敏感,普通CMOS可能不行,需要专门的红外或InGaAs相机-1。2. 需要配套使用红外镜头,普通镜头对红外光聚焦不准确-1

至于您提到的蓝光激光3D轮廓仪(比如Gocator 2450型号),它是另一种原理-10。它发射一条蓝激光线到物体表面,通过变形来测量物体表面的三维形貌(高度、轮廓),对于检测涂布是否有凸起、凹陷、边缘毛刺等三维缺陷是神器-10。但它主要“看”的是表面形状,对于涂层内部的厚度信息,除非涂层透光性极好且你能看到基材轮廓,否则不如红外穿透法直接。如果您的需求是既要厚度均匀性,也要表面三维质量,那么可能需要考虑多传感器融合的方案,这属于更高阶的配置了。建议先从核心的厚度检测需求出发,与专业的视觉供应商深入探讨。