La técnica de iluminación es una de las decisiones más importantes a la hora de diseñar un sistema de visión artificial. La elección entre iluminación directa y difusa determina qué características de la superficie se ven, qué defectos se pueden detectar y si la imagen tiene suficiente contraste para que el algoritmo funcione bien.
La iluminación directa y la difusa no son solo dos ajustes de brillo. Son formas fundamentalmente diferentes de dirigir la luz hacia una superficie. Cada una se basa en fenómenos ópticos distintos y cada una revela diferentes tipos de información sobre la superficie. Entender bien ambas cosas es esencial para cualquier ingeniero que diseñe una célula de inspección con visión artificial.
1. Principios de la iluminación directa
La iluminación directa dirige la luz hacia el objeto desde un ángulo concreto o un conjunto de ángulos. La luz se desplaza en una dirección controlada e incide sobre la superficie con un ángulo de incidencia específico. La cámara capta la luz que se refleja de forma especular o se dispersa de forma difusa desde la superficie, dependiendo del acabado de esta.
En una superficie lisa y reflectante, la Iluminación Directa con un ángulo controlado produce un reflejo especular brillante y nítido. Si la superficie es perfectamente plana y el ángulo de iluminación está bien ajustado, toda la superficie se ve uniformemente brillante. Cualquier desviación de la planitud —un arañazo, una abolladura, una rebaba en relieve— desvía la luz reflejada lejos de la cámara y se ve oscura sobre el fondo brillante. Ese es el principio en el que se basa la Iluminación Directa de campo claro para la inspección de superficies planas.
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Iluminación Directa en campo oscuro
Cuando se cambia el ángulo de iluminación para que el reflejo especular no entre por el objetivo de la cámara, la superficie lisa se ve oscura. Solo los detalles de la superficie que dispersan la luz —arañazos, partículas, bordes elevados, variaciones de textura— se ven brillantes sobre el fondo oscuro. Eso es la iluminación de campo oscuro.
La iluminación de campo oscuro se utiliza para la inspección de obleas de semiconductores, el control de calidad de componentes ópticos y la detección de pequeñas rayaduras superficiales en piezas metálicas y de plástico. La inversión del contraste respecto al campo claro —los defectos se ven claros en lugar de oscuros— es una ventaja clave cuando el área del defecto es pequeña en comparación con la superficie total.
Iluminación coaxial directa directa
La iluminación coaxial es un tipo específico de Iluminación Directa en la que la luz se desplaza a lo largo del eje óptico de la cámara a través de un divisor de haz. El reflejo especular de una superficie plana y perpendicular vuelve por el eje óptico y entra en la cámara, lo que se ve con un brillo uniforme. Las superficies inclinadas o curvas reflejan la luz alejándola del eje y se ven oscuras.
La iluminación coaxial es la técnica más adecuada para inspeccionar superficies planas y muy reflectantes, como las almohadillas de las placas de circuito impreso, los componentes metálicos pulidos y las superficies de cristal. Elimina los artefactos de sombra que se producen con la iluminación directa fuera del eje y hace que las variaciones de altura de la superficie se vean como cambios de brillo.
2. Principios de la iluminación difusa
La Iluminación Difusa ilumina el objeto desde un amplio ángulo sólido, es decir, desde muchas direcciones a la vez en lugar de desde una única dirección definida. La luz llega a la superficie desde todos los ángulos dentro del hemisferio iluminado. En una superficie mate, esto da lugar a una iluminación uniforme, independientemente de la orientación de la superficie o de su curvatura local.
La característica clave de la Iluminación Difusa es que no depende de la orientación de la superficie. Una pieza curvada, un conjunto tridimensional o una superficie con una geometría compleja se iluminan de forma uniforme. No hay sombras causadas por el relieve de la superficie, ni puntos brillantes especulares, ni zonas oscuras debidas a facetas de la superficie que reflejen la luz en dirección opuesta a la cámara.
Iluminación de la cúpula
El iluminador de cúpula es la herramienta estándar para la iluminación difusa en la Visión Artificial. Se trata de una cúpula hemisférica o plana recubierta por dentro con un material blanco muy difusor. Unos LED iluminan el interior de la cúpula, y el objeto se coloca en la abertura, iluminado por la luz que llega desde toda la superficie interior de la cúpula.
La iluminación en cúpula es ideal para objetos reflectantes en los que la Iluminación Directa provocaría un deslumbramiento inaceptable: envases de cosméticos, molduras de automóviles, componentes electrónicos y joyas. Es perfecta para cualquier aplicación en la que la superficie tenga una curvatura variable y haya que inspeccionarla de forma uniforme.
Iluminación de cúpula plana
El iluminador de cúpula plana es una variante más discreta que proporciona una Iluminación Difusa a través de una abertura frontal plana. Es ideal para puestos de inspección en los que el espacio de montaje es reducido o en los que el objeto es demasiado grande para caber dentro de una cúpula estándar.
Los iluminadores de cúpula plana de la serie FD de Roder Vision están diseñados para aplicaciones que requieren una Iluminación Difusa de alta calidad en un formato plano y de perfil bajo. Los distintos tamaños cubren campos de visión que van desde componentes pequeños hasta conjuntos de gran tamaño.
3. Tabla de aplicaciones: cuándo elegir cada técnica
La elección entre Iluminación Directa y Iluminación Difusa depende de las características de la superficie del objeto y de la naturaleza de la tarea de inspección. El esquema que aparece a continuación abarca los escenarios de inspección más habituales.
Superficies planas reflectantes: PCB, metal, cristal
Las superficies planas y reflectantes se inspeccionan mejor con iluminación directa coaxial. Para la detección de defectos superficiales, como arañazos y picaduras, la iluminación directa de campo oscuro con ángulo bajo es más sensible que cualquier técnica difusa. La iluminación de cúpula ofrece una imagen uniforme en superficies planas y reflectantes, pero suele tener menos contraste a la hora de detectar pequeños defectos superficiales.
Componentes tridimensionales y curvos
Los componentes con una geometría tridimensional compleja o con curvatura variable se iluminan mejor con técnicas difusas. La iluminación con cúpula o cúpula plana elimina las sombras y los reflejos que la iluminación directa produce en las superficies curvas. Este es el método preferido para componentes de plástico moldeado, piezas de metal fundido y conjuntos en los que la dirección normal de la superficie cambia notablemente a lo largo del Campo de Visión.
Inspección de Etiquetas, impresiones y códigos de barras
La lectura de etiquetas, el OCR (Reconocimiento Óptico de Caracteres) y la inspección de códigos de barras suelen utilizar iluminación directa con un ángulo controlado para maximizar el contraste entre la tinta impresa y el sustrato de la etiqueta. En las etiquetas brillantes, la iluminación de ángulo bajo o polarizada reduce los reflejos especulares de la superficie del sustrato. En las etiquetas mates, suele bastar con una Iluminación Directa frontal a un ángulo moderado.
Textura superficial y detección de defectos superficiales
Los rasgos en relieve y el relieve de la superficie se aprecian mejor con una iluminación directa de ángulo bajo, ya que las sombras aumentan su visibilidad. Los defectos de color o de contaminación en superficies con geometría compleja se aprecian mejor con iluminación difusa, ya que así la geometría de la superficie no interfiere en la medición de la uniformidad del color.
4. Productos Roder Vision para cada técnica
ROder Vision fabrica gamas de iluminadores diseñados tanto para técnicas de Iluminación Directa como de Iluminación Difusa. Las cuatro gamas que te mostramos a continuación abarcan las soluciones más representativas para cada uno de estos enfoques.
Productos y tecnologías
DL6 – Matriz LED de alta densidad
Iluminación Directa para superficies planas, Inspección de Etiquetas y Lectura de Códigos de Barras. Alta intensidad en modo estroboscópico. Estabilidad térmica HTTM. Múltiples Longitudes de Onda.
DC6 — Anillo LED de alta densidad.
Iluminación anular directa casi coaxial para la inspección de superficies planas, la calidad de impresión y la verificación de componentes de placas de circuito impreso. Compacta y con múltiples longitudes de onda.
FD2 – Iluminadores LED de cúpula plana
Iluminación Difusa para piezas reflectantes, curvas o con geometrías complejas. Iluminación sin sombras. Elimina los reflejos especulares. Disponible en varios tamaños.
DL5 – Matriz LED de Alta Intensidad
Iluminación directa de alta intensidad para técnicas de campo oscuro y campo claro. Intensidad máxima muy alta en modo estroboscópico para la inspección de superficies a alta velocidad.
Preguntas frecuentes
La Iluminación Directa es la mejor opción para la Detección de Defectos Superficiales, la inspección coaxial de superficies muy reflectantes, como las almohadillas de las placas de circuito impreso o el metal pulido, la Detección de Rayaduras en Campo Oscuro y para aplicaciones de códigos de barras u OCR (Reconocimiento Óptico de Caracteres), en las que un ángulo de iluminación definido aumenta al máximo el contraste de la impresión.
La Iluminación Difusa es ideal para geometrías tridimensionales complejas, superficies curvas y piezas muy reflectantes, en las que la Iluminación Directa generaría sombras inaceptables o puntos de luz especulares. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen los envases de cosméticos, la inspección de componentes fundidos y moldeados, y los ensamblajes complejos.
Sí. Los iluminadores se activan de forma independiente desde el controlador del Sistema de Visión. Una cúpula plana proporciona Iluminación Difusa para una tarea, mientras que un iluminador anular ofrece Iluminación Directa para otra, y ambos dan servicio a la misma estación de cámara.
La técnica de campo oscuro utiliza una Iluminación Directa con un ángulo muy reducido. Las superficies lisas se ven oscuras, mientras que los detalles que dispersan la luz —como arañazos, partículas y bordes elevados— se ven claros. Se usa para detectar defectos superficiales muy pequeños en piezas pulidas, donde el contraste con la iluminación convencional es demasiado bajo.
No. La elección de la longitud de onda no depende de si se opta por iluminación directa o difusa. Las longitudes de onda del NIR (Infrarrojo Cercano) pueden atenuar los reflejos especulares de las superficies plásticas, y las del ultravioleta (UV) hacen que se vean mejor la suciedad y los materiales fluorescentes. Ambas se aplican igual tanto a la iluminación directa como a la difusa.
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