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同轴光源，凭借其特有的光路设计——光线经过分光镜的反射，精确地与镜头光轴保持一致，照射至物体表面——在工业视觉检测领域扮演着举足轻重的角色。特别是在处理高反光、光滑表面以及微小的尺寸差异等成像难题上，展现出其卓越的解决能力。接下来，我们将深入探讨其在不同场景下的具体应用。

原理与优势简述

1. 平行或近垂直入射：光线近乎垂直地照射至被照表面。

2. 消除镜面反射干扰：光滑且平整的表面容易产生镜面反射，反射光线会按照与入射光对称的路径反射。鉴于同轴光源的光线近乎垂直照射，其反射光线亦近乎垂直返回，恰好进入镜头进行成像。因此，这导致了：

表面特征显著凸显：划痕、凹坑、凸起、纹理以及字符等表面的细微特征（这些特征能够导致光线的散射或吸收）与周围明亮背景（镜面反射区域）之间形成了鲜明的视觉对比。

背景色调统一且明亮：整个区域呈现出一致的高饱和度亮白色。

3. 遏制漫反射的干扰：在粗糙的表面上，光线会向四面八方进行漫反射。采用同轴光源结构——该结构通常由环形光源与分光镜组成——可以有效地阻隔大量非垂直方向上的漫反射光进入镜头，进而凸显垂直反射的镜面光成分。

应用场景分析

1. 平面物体表面质量监测（包括划痕、凹坑、凸起、污渍及外来物等缺陷的检测）：

场景描述：本场景涵盖了多种材料，包括用于手机、平板电脑、手表等设备的玻璃盖板，各类屏幕面板如LCD和OLED，以及光滑的塑料外壳。此外，还包括抛光、拉丝或镜面的金属板材，薄膜材料，晶圆，光碟，陶瓷部件，以及带有阻焊层和字符的印刷电路板，以及各类纸张制品。

应用：

进行手机玻璃盖板的划痕、崩边、裂纹以及脏点检测。

屏幕检测涵盖亮点、暗点、Mura效应、异物嵌入及表面划痕。

金属外壳可能出现的瑕疵包括表面划痕、压痕、氧化层、污渍以及字符印刷问题（如缺失、模糊不清或位置错位）。

晶圆表面可能出现划痕、颗粒状污染以及光刻过程中的缺陷。

评估PCB板的阻焊层损伤、铜暴露情况，以及字符印刷的质量（包括清晰度和完整性）。

光盘表面出现划痕、指纹以及污渍。

纸张表面可能存在污点、折痕、孔洞以及印刷上的瑕疵。

同轴光源之效：该光源能将背景处理成一致的高亮白色，从而将任何破坏其平整性的瑕疵（如划痕吸收或散射光线，显现为暗色线条；而凸起或污渍则可能散射光线，形成亮点或暗点）清晰展现，对比度显著增强。

2. 字符识别

场景描述：在金属铭牌、塑料标签、玻璃材质、PCB电路板、电子产品外壳、包装容器、瓶盖以及芯片等表面，进行激光雕刻、丝网印刷、喷码技术处理的字符、条码及二维码。

应用：

对产品序列号、生产日期及批次号的读取与核实流程。

元器件识别。

物流条码/二维码扫描

防伪码验证。

同轴光源功能：有效消除背景反光干扰，营造出均匀且明亮的背景环境。此举使得深色（或浅色）的字符或条码与背景之间形成显著对比，从而确保OCR识别和扫码操作的读取率和准确性达到最优，尤其适用于高反光基材上的深色标记。

3. 尺寸精确测定（涉及平面轮廓与孔洞位置）：

场景描述：对平面零件进行尺寸测量，包括长度、宽度、孔径、孔间距离以及轮廓度等参数，尤其针对边缘线条鲜明、表面光泽明显的零件。

应用：

金属冲压件尺寸检测。

塑料注塑件尺寸测量。

垫片/垫圈内外径检测。

精密孔位测量。

硅片、玻璃尺寸测。

同轴光源功能解析：该光源能有效提供均匀照明，确保物体边缘因与背景亮度对比鲜明，从而呈现出清晰且锐利的轮廓。这一特性有利于图像处理算法更精确地提取物体边缘，显著提升了尺寸测量的重复性和测量精度。特别是在处理反光材质时，同轴光源的应用有效避免了边缘光晕或模糊现象的出现。

4. 微高度差异检测（台阶与段落差异）：

场景描述：本系统致力于精确测量两个相邻平面间的细微高度差异，这一测量需求广泛应用于诸如密封圈安装槽、芯片与基板间的距离、焊接后元件引脚的高度以及金属部件的拼接缝隙等场景。

应用：

进行密封槽深度及凸起高度的精确测量。

芯片贴装过程中，确保各引脚高度的一致性，即进行共面性检测。

焊接作业完成后，对焊点高度及引脚浮高进行细致检测。

零件装配完成后，需进行到位检测，以确保无段差现象。

同轴光源的效应：即使是细微的高度差异，亦能显著影响局部区域的反射角度。台阶的边缘会呈现出鲜明的明暗对比（亮部与暗部或暗部与亮部，具体取决于台阶的朝向及光源的特性），而台阶表面因反射角度的差异，其亮度也可能有所变化，进而使得微小的三维高度差异在二维图像中变得格外清晰。

5. 薄膜检测：

场景涵盖：保护膜、离型膜、光学膜（包括增亮膜、扩散膜）以及包装膜等。

应用：

对膜表面出现的划痕、污渍、气泡、晶体颗粒、褶纹以及鱼眼等瑕疵进行细致的检测。

涂布均匀性的检验（间接地通过表面状况进行评估）。

膜卷接头检测，穿孔检测。

同轴光源功能解析：该光源穿透薄膜的能力相对较弱，主要依赖表面反射来成像。因此，它能够清晰地揭示薄膜表面的物理瑕疵，如划痕、褶皱和污渍。此外，对于透明薄膜上的细微异物或气泡，同轴光源同样展现出良好的显现能力，因为这些微小杂质会改变局部的反射或折射，从而被光源捕捉到。

6. 镜面物体检测：

场景设定：镜面效果、抛光金属球或曲面（需考虑镜头的视场角度）、以及镀膜表面的细节。

应用：

镜面表面检测涵盖划痕、边缘崩损、镀层脱落以及污渍清理。

高精度金属球面与曲面表面缺陷检测（涵盖有效观测范围内）。

同轴光源的优势应用：此乃同轴光源所擅长的领域之一。它能够充分利用镜面反射的特性，将表面缺陷——那些破坏镜面完美性的因素——与无瑕的镜面背景形成鲜明的对比。然而，对于复杂的曲面结构，可能需要采用小视场镜头，或与其他光源协同使用。

同轴光源局限与注意

1. 针对三维物体与复杂曲面：对于那些具有显著高度变化或复杂表面的物体，使用同轴光源往往难以形成有效的阴影，从而难以凸显其三维形态。此外，不同曲面部位的反射光进入镜头的量有所差异，这可能导致图像亮度出现不均，甚至导致关键特征的丧失。在此类情况下，环形光、穹顶光以及条形光等光源则更为适用。

2. 深色或吸光材料：针对表面质地极为粗糙或色泽极为深沉（例如哑光黑色塑料）的物体，同轴光源可能难以达到理想的亮度和对比度效果。这是因为此类物体倾向于吸收或散射光线至镜头以外的方向，导致光线无法有效返回至镜头。

3. 透明或半透明物体内部缺陷检测：同轴光源主要依靠表面反射进行成像，其对于物体内部杂质、气泡等细微缺陷的探测能力相对有限。相比之下，背光源或穿透式光源在此类检测应用中更为适宜。

4. 安装位置规定：需确保占据镜头前方区域，可能因机械结构限制而受限。分光镜的使用还将导致部分光通量损失。

5. 分光镜的清洁保养：灰尘与污渍附着于分光镜表面，将显著影响其成像效果，因此保持其清洁至关重要。

6. 热点问题探讨：低端或设计不当的同轴光源可能会导致图像中心出现过度曝光的“热点”，从而对检测效果产生不利影响。为减轻此问题，选用高品质光源或配备漫射板的设备型号将是一个有效的解决方案。

选型技巧

1. 光源尺寸说明：此尺寸足以全面覆盖测量区域，且略微超出镜头可视范围。

2. 光源颜色选择：需依据被测物体表面的颜色及其特性来决定。一般情况下，白色光源因其广泛的适用性而成为首选；而针对特定颜色（例如红光、蓝光、绿光）的光源，则能更有效地增强与特定颜色特征的对比度，从而有效滤除背景色的干扰。

3. 光源亮度与均匀性考量：建议选择亮度可调节且均匀性出色的光源。

4. 漫射板功能：配备漫射板的同轴光源能够输出更为柔和且分布均匀的光线，有效减少光斑，降低对安装精度的依赖，特别适用于检测表面具有纹理或细微凹凸的场合。

5. 微调入射角度：部分高端同轴光源具备调整入射角度的功能，虽略微偏离绝对垂直，却能显著提升特定方向特征的对比度，例如单向划痕。

6. 组合照明技术：在单一同轴光源无法充分满足检测需求的情况下，我们可考虑将其与环形光、条形光或背光等不同类型的光源进行有效组合。通过在各个工位间的灵活应用，或采用多图融合技术，从而实现更为全面细致的检测效果。

总结

同轴光源堪称攻克高反光、光滑平面物体表面特征成像难题的得力助手。在检测表面瑕疵（如划痕、凹坑、污渍）、读取字符编码、精确测量平面尺寸以及显现微小的高度差异等方面，其表现尤为出色。它广泛应用于消费电子（涉及玻璃、屏幕）、半导体（晶圆）、精密制造（包括金属、塑料部件）、包装印刷以及薄膜等众多领域。深入理解其“借助镜面反射、抑制漫反射”的核心机制，并根据具体应用场景的特有属性（如材质、反光性、目标特征）进行选型和优化，是充分挖掘其效能的关键所在。同时，我们还需清醒地认识到它在三维物体和深色吸光材质上的应用局限，以便在恰当的场景中作出合理选择。