4. 照明方案设计

在 In-Sight 尺寸测量系统中，照明不是“把画面照亮”这么简单，它直接决定被测特征的边缘是否清晰、对比度是否稳定、测量结果是否可重复。同一套相机与镜头，换一种打光方式，边缘定位精度可能相差几个像素，换算到实际尺寸就是几十微米。因此，照明方案设计应被视为测量系统的一部分，而不是附属配件。

尺寸测量的核心是“找到边缘”。In-Sight 的边缘工具、卡尺工具、斑点分析都依赖灰度梯度来定位边界。照明方案的目标，就是让被测特征与背景之间形成稳定、陡峭、可重复的灰度跃变，同时抑制反光、阴影、环境光波动等干扰。下面按四种典型光源分别说明适用条件与打光技巧。

背光：轮廓测量的首选

背光把光源放在工件背面，相机接收透射光。工件遮挡光线形成黑色剪影，边缘对比度接近理想阶跃，是尺寸测量中精度最高、最稳定的照明方式。它特别适合外径、内孔、间隙、轮廓度、位置度等以“轮廓”为测量对象的场景。

打光技巧上，背光的关键是光源面积要大于被测特征，且亮度均匀。若测量圆孔直径，背光面积应覆盖整个孔及周边区域，避免边缘出现渐晕。光源与工件的距离会影响边缘锐度：距离过近，衍射效应增强，边缘出现亮暗条纹；距离过远，亮度下降。一般建议工件距背光 10～30 mm，并通过 In-Sight 的曝光时间把背景灰度控制在 200～240，工件剪影灰度控制在 20～50，使边缘梯度最大化。对于透明或半透明工件，背光可能无法形成剪影，此时应改用同轴光或低角度环形光。

同轴光：高反光表面的均匀照明

同轴光通过半透分光镜把光线沿镜头光轴垂直照射到工件表面，镜面反射光沿原路返回相机。对于抛光金属、玻璃、晶圆、涂覆表面等镜面工件，同轴光能形成均匀亮场，表面划痕、字符、凹凸缺陷则因散射而变暗，从而获得稳定对比度。

同轴光适合测量平面上的刻印、字符、孔位和边缘，但不适合测量高度差大的台阶或深孔，因为垂直照明无法照亮侧壁。使用时要注意：同轴光对工件表面的平整度敏感，工件倾斜会使反射光偏离相机，导致亮度不均。若工件有轻微倾斜，可选用带可调角度的同轴光源，或改用环形光配合偏振片。同轴光的亮度通常低于背光，需要适当增加曝光时间或增益，但增益会引入噪声，建议优先延长曝光。

环形光：通用性最强的轮廓与表面照明

环形光由一圈 LED 围绕镜头布置，光线以一定角度照射工件。它兼顾表面纹理和边缘轮廓，是尺寸测量中最常用的通用照明。环形光的入射角度决定效果：高角度（接近垂直）照明均匀，适合平面轮廓和孔位；低角度（接近水平）掠射，能凸显边缘和高度差，适合测量台阶、倒角和边缘位置。

打光技巧上，环形光的直径应大于镜头视野，避免遮挡。对于圆柱面或曲面工件，环形光会在两侧形成亮带、中间形成暗带，此时可选用低角度环形光或增加漫射罩，使光线更均匀。若工件表面有油污或反光，可在镜头前加偏振片，并选用带偏振的环形光，抑制镜面反射。环形光的亮度通常足够，曝光时间可控制在 1～5 ms，以减少运动模糊。

条形光：定向掠射凸显边缘与缺陷

条形光由长条形 LED 阵列组成，可单侧、双侧或四侧布置，光线方向性强。它适合用低角度掠射来凸显高度差、边缘、倒角和表面缺陷。例如测量台阶高度差时，条形光从一侧低角度照射，台阶边缘会产生亮带和阴影，边缘位置更易定位；测量表面划痕时，掠射光使划痕产生明暗对比。

条形光的技巧在于角度和方向。一般建议入射角为 10°～30°，角度越低，边缘越突出，但阴影越长，可能遮挡相邻特征。对于对称特征，可采用双侧对射，消除单侧阴影带来的方向偏差。条形光也常用于背光无法穿透的场合，例如测量不透明工件的边缘轮廓，用双侧条形光从背面掠射，可形成类似背光的剪影效果。使用时要注意条形光的光束均匀性，避免两端暗、中间亮，必要时选用带漫射板的条形光。

选型与验证：从特征到照明

实际选型可按以下思路推进：先判断测量对象是轮廓还是表面特征。轮廓优先背光；高反光平面优先同轴光；一般平面轮廓和孔位优先环形光；台阶、倒角、缺陷优先条形光。确定类型后，再调整角度、距离、亮度和曝光，使 In-Sight 的 Edge 工具或 Caliper 工具在边缘处获得最大梯度。

验证时，可在 In-Sight 软件中查看边缘工具的灰度剖面：理想情况下，边缘过渡应在 1～3 个像素内完成，且多次采样的边缘位置波动小于 0.2 像素。若边缘过渡缓慢或波动大，应调整照明角度或改用其他光源。例如某金属件外径测量，初始用环形光，边缘梯度仅 30 灰度/像素；改用背光后梯度提升到 180 灰度/像素，重复性从 ±0.05 mm 改善到 ±0.01 mm。该数据为示例性说明，实际效果需以现场测试为准。

总之，背光、同轴光、环形光和条形光各有明确的适用边界。尺寸测量的照明设计，本质上是根据被测特征的光学特性，选择能让边缘最清晰、最稳定的光路，并通过参数固化保证长期一致性。