Muchos defectos superficiales son simplemente invisibles bajo una iluminación frontal estándar o una Iluminación Difusa. Los arañazos, las microfisuras, las marcas de grabado, las variaciones en la rugosidad de la superficie y las partículas finas pueden no generar ningún contraste detectable cuando se iluminan desde arriba. La Iluminación de Campo Oscuro supera este obstáculo cambiando la geometría de la fuente de luz, en lugar de su intensidad o longitud de onda.
La iluminación de campo oscuro es una técnica de iluminación directa basada en la incidencia rasante. La fuente de luz se sitúa en un ángulo muy bajo respecto al plano de la superficie, normalmente entre 5° y 20° respecto a la horizontal. Con ángulos tan pequeños, la geometría de la reflexión es radicalmente diferente a la de la iluminación frontal convencional, y las imágenes resultantes revelan tipos de información sobre la superficie que quedan completamente ocultos con la iluminación estándar.
1. Física de la Iluminación de Campo Oscuro
Para entender por qué funciona la Iluminación de Campo Oscuro, piensa en lo que pasa cuando la luz incide sobre una superficie lisa en un ángulo muy pequeño. Una superficie lisa y plana iluminada con incidencia rasante refleja prácticamente toda la luz incidente en un ángulo rasante igual y opuesto. El haz reflejado se aleja de la superficie con el mismo ángulo bajo y nunca entra en la lente de la cámara, que está situada por encima de la superficie y mira hacia abajo. Por eso, la superficie lisa se ve oscura en la imagen de la cámara.
Cualquier característica de la superficie que se desvíe del plano liso dispersa parte de la luz incidente en direcciones distintas a la de la reflexión especular. Parte de esa luz dispersada se dirige hacia arriba en ángulos que sí entran por el objetivo de la cámara, por lo que esa característica se ve brillante sobre el fondo oscuro. Ese es el mecanismo de contraste de la Iluminación de Campo Oscuro: los defectos y las características de la superficie se ven brillantes, mientras que el fondo liso se ve oscuro.
¿Quieres ayuda para elegir el producto?
¿Por qué el campo oscuro es mejor que el campo claro para detectar defectos pequeños?
Con la iluminación frontal convencional (campo claro), un pequeño arañazo en una superficie lisa reduce la reflectancia local en un pequeño porcentaje. La diferencia de señal entre la zona arañada y la superficie lisa que la rodea puede ser de solo unos pocos niveles de gris en la imagen de la cámara. Para detectarlo de forma fiable con un algoritmo de Procesamiento de Imágenes, se necesita una relación señal-ruido muy alta y una selección cuidadosa del umbral.
Bajo iluminación de Campo Oscuro, ese mismo arañazo se ve como una zona brillante sobre un fondo completamente oscuro. La relación señal-ruido es muy alta, y el nivel de gris del arañazo puede ser muchas veces superior al del fondo liso. Esto hace que la selección del umbral sea robusta y que la fiabilidad de la detección sea muy alta, incluso para defectos muy finos o poco profundos que serían indetectables con cualquier técnica de campo claro.
Realce de las sombras para resaltar el relieve de la superficie
La Iluminación de Campo Oscuro también mejora la visibilidad de los rasgos en relieve de la superficie gracias a la formación de sombras. Cuando la luz incide en un ángulo muy bajo, cualquier relieve proyecta una sombra mucho más larga que su propia altura. Una rebaba en relieve de 10 micrómetros de altura, iluminada a 10° respecto a la horizontal, proyecta una sombra de unos 57 micrómetros de largo. Ese efecto de aumento de la sombra hace que incluso los detalles en relieve más pequeños sean fáciles de ver y medir.
Esta técnica de realce de sombras se utiliza en aplicaciones como: la detección de rebabas salientes en bordes mecanizados, la verificación de motivos en relieve o en hueco en envases, la detección de partículas contaminantes en la superficie y la medición de perfiles de rugosidad superficial. La longitud de la sombra está directamente relacionada con la altura de la característica y el ángulo de iluminación, lo que permite estimar cuantitativamente la altura a partir de la medición de la sombra.
2. Superficies y defectos ideales para la inspección en campo oscuro
La Iluminación de Campo Oscuro resulta especialmente eficaz en superficies lisas o pulidas, donde la reflectancia del fondo es alta y los defectos provocan una dispersión localizada de la luz. Esta técnica es menos eficaz en superficies rugosas o mates, donde el fondo dispersa la luz incluso en zonas sin defectos, lo que reduce el contraste entre las zonas con defectos y las que no los tienen.
Superficies metálicas
Las superficies metálicas pulidas y mecanizadas se cuentan entre las aplicaciones más habituales de la Iluminación de Campo Oscuro. Los arañazos por la manipulación, las marcas de herramientas del mecanizado, las microfisuras del conformado o el tratamiento térmico y las partículas superficiales del proceso se aprecian con gran contraste bajo el campo oscuro. Esta técnica permite una inspección en línea al 100 % de piezas torneadas, superficies rectificadas, piezas estampadas y componentes mecanizados con precisión en los sectores de la automoción, la aeronáutica y la ingeniería en general.
Vidrio y componentes ópticos
Las superficies de cristal son muy reflectantes. Con la iluminación de campo claro, los defectos de las superficies de cristal pueden quedar ocultos por los reflejos y los efectos de transmisión. Bajo iluminación de campo oscuro con iluminación rasante, los arañazos, las astillas, las partículas superficiales y los defectos del recubrimiento en las superficies de cristal se ven como zonas brillantes sobre un fondo oscuro con un alto contraste. Por eso, el campo oscuro es la técnica estándar para la inspección de vidrio plano, el Control de Calidad de elementos ópticos y la inspección de envases de vidrio.
Superficies de plástico y recubiertas
Las piezas de plástico moldeadas por inyección con superficies brillantes o semibrillantes, los componentes recubiertos y las superficies de película se pueden inspeccionar con Iluminación de Campo Oscuro. Esta técnica funciona bien para detectar líneas de flujo, marcas de hundimiento, contaminación superficial y irregularidades en el recubrimiento de las piezas de plástico. La longitud de onda de la iluminación debe elegirse en función de las características de reflectancia del plástico o del material de recubrimiento.
Obleas semiconductoras y componentes electrónicos
La inspección de obleas semiconductoras es una de las aplicaciones de campo oscuro más exigentes. Las superficies de las obleas tienen que estar completamente libres de partículas, arañazos y defectos superficiales, incluso a escalas inferiores al micrómetro. La Iluminación de Campo Oscuro a ángulos muy bajos, combinada con ópticas de alta resolución y cámaras sensibles, permite detectar defectos que, de otro modo, serían invisibles. Se aplican requisitos similares a la inspección de superficies de placas de circuito impreso sin recubrimiento, sustratos cerámicos y componentes electrónicos de precisión.
3. Selección del ángulo de iluminación
El ángulo de iluminación en las aplicaciones de Campo Oscuro es el parámetro de diseño más importante. Determina el contraste del fondo liso, el aumento de las sombras de los rasgos en relieve y la sensibilidad ante los distintos tipos de defectos. El mejor ángulo depende de las características de la superficie del objeto y de la naturaleza de los defectos que se quieran detectar.
Ángulos muy bajos: de 5° a 10°
Los ángulos de iluminación muy bajos (de 5° a 10° respecto a la horizontal) ofrecen el mayor aumento de la sombra y el fondo más oscuro en superficies lisas y especulares. Sirven para detectar defectos muy superficiales, como pequeños arañazos, microfisuras y variaciones en la rugosidad de superficies muy pulidas. La distancia de trabajo entre el iluminador y la superficie del objeto suele ser corta con estos ángulos, lo que hay que tener en cuenta en el diseño mecánico de la célula de inspección.
Ángulos bajos moderados: de 15° a 25°
Los ángulos bajos moderados (de 15° a 25°) ofrecen un equilibrio entre la oscuridad del fondo y la longitud de las sombras. Funcionan bien para detectar partículas en la superficie, rebabas salientes, grabados y variaciones en la textura de superficies mecanizadas o semipulidas. Este rango de ángulos es el más utilizado en la inspección industrial general, ya que ofrece un buen contraste en una amplia gama de acabados superficiales sin las estrictas limitaciones mecánicas de los ángulos muy bajos.
Iluminadores de anillo y de Campo Oscuro multidireccionales
Un iluminador anular colocado en un ángulo bajo proporciona iluminación de Campo Oscuro desde todas las direcciones azimutales a la vez. Esto garantiza que se detecten por igual los arañazos y las características lineales de la superficie, independientemente de su orientación. Un arañazo que discurra en paralelo a la dirección de un haz de Campo Oscuro unidireccional puede que no disperse mucha luz y podría pasar desapercibido. La geometría anular elimina esta dependencia direccional.
Los iluminadores anulares de ángulo bajo de la serie DC de Roder Vision están diseñados específicamente para la inspección de superficies en Campo Oscuro. La geometría del anillo proporciona una iluminación omnidireccional de ángulo bajo, y hay disponibles múltiples ángulos de iluminación para adaptarse a diferentes acabados superficiales y tipos de defectos.
4. Consejos de integración para sistemas de inspección de campo oscuro
Los sistemas de iluminación de Campo Oscuro requieren un diseño mecánico y óptico minucioso para conseguir resultados de inspección fiables y repetibles. Las siguientes directrices recogen los aspectos más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de integrarlos.
Planitud y posicionamiento de los objetos
El rendimiento de la Iluminación de Campo Oscuro depende mucho de la planitud y la orientación de la superficie del objeto. Una superficie inclinada o deformada cambia el ángulo efectivo de iluminación en todo el Campo de Visión. Esto puede hacer que el fondo parezca irregular, con algunas zonas más oscuras y otras con reflejos no deseados. Los dispositivos de sujeción deben mantener la pieza plana y a una altura constante respecto al Iluminador. Una variación de altura de más de 1 a 2 mm puede reducir el contraste en configuraciones de Campo Oscuro con ángulo bajo.
Rechazo de Luz Ambiental
Las celdas de inspección de campo oscuro son especialmente sensibles a la contaminación por luz ambiental. El fondo oscuro que hace que el campo oscuro sea tan eficaz solo se consigue cuando no llega luz parásita a la superficie desde otras direcciones. Incluso una pequeña cantidad de luz ambiental que incida desde arriba sobre la superficie del objeto ilumina el fondo y reduce el contraste de los defectos. Las células de inspección de campo oscuro deben estar cerradas o protegidas para bloquear la luz ambiental. El funcionamiento en modo estroboscópico, con tiempos de exposición cortos, ayuda aún más a rechazar la luz ambiental procedente de fuentes de la fábrica.
Ajustes de la cámara y optimización de la exposición
Como el fondo de una imagen de campo oscuro es muy oscuro, hay que ajustar la exposición de la cámara para que las señales de defecto se vean sin que se saturen. La mejor exposición equilibra el brillo de las señales de defecto con el ruido de fondo del Sensor de la cámara. La iluminación en modo estroboscópico, con una intensidad máxima elevada, permite tiempos de exposición muy cortos, lo que reduce el desenfoque por movimiento en los objetos en movimiento y, al mismo tiempo, mejora el Rechazo de Luz Ambiental.
Los iluminadores de las series DL5 y DC6 de Roder Vision admiten el funcionamiento en modo estroboscópico con intensidades máximas muchas veces superiores a las del modo continuo. Esta combinación de exposición breve y alta intensidad máxima es el método habitual para la inspección de Campo Oscuro a alta velocidad en las líneas de producción.
Productos y tecnologías
Gamas de iluminadores Roder Vision para inspección en campo oscuro
Las familias de productos Roder Vision que se muestran a continuación son adecuadas para la inspección de superficies en campo oscuro en una amplia variedad de tipos de superficies, tamaños de objetos y velocidades de línea.
DC6 — Anillo LED de alta densidad.
Iluminación anular omnidireccional de ángulo bajo para la inspección de superficies en Campo Oscuro. Detecta arañazos independientemente de su orientación. Multilongitud de onda. Compatible con luz estroboscópica.
DL5 – Matriz LED de Alta Intensidad
Intensidad máxima muy alta en modo estroboscópico. Ideal para campo oscuro direccional en ángulos definidos. Inspección en Transportador de Alta Velocidad con tiempos de exposición cortos.
DL6 – Matriz LED de alta densidad
Matriz de alta densidad para campo oscuro direccional de ángulo reducido. Estabilidad térmica HTTM para una producción ininterrumpida. Multilongitud de onda para un contraste específico de la superficie.
BL3 — Serie de retroiluminación LED
Retroiluminación de alta uniformidad combinada con Iluminación de Campo Oscuro para la detección de defectos en modo dual en piezas transparentes y semitransparentes.
Preguntas frecuentes
La Iluminación de Campo Oscuro utiliza luz de incidencia rasante, dirigida hacia la superficie en un ángulo muy bajo. La superficie lisa refleja la luz alejándola de la cámara y se ve oscura. Los detalles de la superficie que dispersan la luz, como arañazos, partículas y bordes elevados, se ven brillantes sobre el fondo oscuro. Esta inversión del contraste, en comparación con la iluminación estándar, hace visibles los defectos superficiales más sutiles que, de otro modo, serían indetectables.
La Iluminación de Campo Oscuro es más eficaz para detectar arañazos, microfisuras, partículas superficiales, rebabas salientes, marcas de grabado y variaciones en la rugosidad de la superficie. Funciona mejor en superficies lisas o pulidas, como metales, cristal, plásticos con acabado brillante y obleas de semiconductores. En superficies rugosas o mates, la dispersión del fondo reduce el contraste y el campo oscuro pierde eficacia.
El mejor ángulo depende de la superficie y del tipo de defecto. Los ángulos muy bajos (de 5 a 10 grados respecto a la horizontal) maximizan el aumento de la sombra y la oscuridad del fondo en superficies pulidas con defectos muy finos. Los ángulos moderadamente bajos (de 15 a 25 grados) son más prácticos para la inspección industrial general y funcionan bien en una gama más amplia de acabados superficiales. Un iluminador anular en el ángulo adecuado permite una detección omnidireccional en campo oscuro, independientemente de la orientación del defecto.
La eficacia de la Iluminación de Campo Oscuro depende de que el fondo de la superficie lisa sea lo más oscuro posible. Cualquier luz ambiental que llegue a la superficie desde direcciones distintas a la fuente de campo oscuro ilumina el fondo y reduce el contraste de la señal del defecto. Incluso pequeñas cantidades de luz ambiental procedente de arriba pueden empeorar notablemente la detección. Las celdas de inspección de campo oscuro deben estar cerradas para bloquear la luz ambiental, y el funcionamiento estroboscópico con tiempos de exposición cortos mejora aún más el rechazo.
Sí. La Iluminación de Campo Oscuro suele combinarse con la Iluminación de Campo Claro o la Retroiluminación en sistemas que tienen que detectar varios tipos de defectos. La Iluminación secuencial, que consiste en activar diferentes Iluminadores uno tras otro mientras la cámara realiza exposiciones separadas, permite que la misma estación de cámara capture tanto una imagen de superficie en Campo Oscuro como una imagen en Campo Claro o de Retroiluminación de la misma pieza. Cada imagen se analiza para detectar los tipos de defectos que mejor se adaptan a ese modo de iluminación.
Contactos e información
Contacto para información general : info@roder.it
Partner de integración de sistemas y sensores : www.roder.it
División de Visión Artificial de RODER : www.rodervision.com
División de Instrumentos de RODER : www.innovacheck.com
Más información sobre RODER VISION : about us
La información de este sitio web se proporciona únicamente con fines informativos. Aunque ha sido preparada con el mayor cuidado, no constituye una oferta contractual ni un compromiso vinculante de suministro. Puede contener errores de transcripción, traducción o tipográficos. Para obtener información precisa y actualizada, póngase en contacto directamente con nuestra empresa.
Tenga en cuenta: Algunas imágenes de este sitio web han sido generadas intencionadamente mediante Inteligencia Artificial (IA). Esto se debe al hecho de que, para muchas aplicaciones y proyectos, no es posible divulgar fotografías de la instalación o sistema real debido a acuerdos de confidencialidad, cláusulas contractuales y acuerdos de no divulgación (NDA).
