Captación especular en el eje para superficies planas reflectantes y marcas directas en piezas
- El ángulo de incidencia nulo mediante un divisor de haz a 45° proporciona el máximo retorno especular de superficies planas perpendiculares.
- Defectos, bordes y grabados aparecen como detalles oscuros sobre un fondo especular brillante: ideal para DPM y marcas láser.
- Ideal para metales pulidos, obleas de silicio, recubrimientos espejados y otros sustratos planos especulares.
- Requiere divisores de haz con tratamiento antirreflejos para suprimir las imágenes fantasma y la dispersión cromática en todo el campo.
- Penalización de flujo de 4× intrínseca a la geometría del divisor de haz, compensada con mayor densidad de LED o funcionamiento pulsado.
- La sensibilidad a la inclinación de la superficie es intrínseca: en objetos no planos o texturados conviene combinarla con una fuente frontal difusa.
La iluminación coaxial, también llamada en el eje o en línea, es la configuración de referencia para la inspección de superficies planas especulares. Al inyectar la luz a lo largo del eje óptico de la cámara a través de un divisor de haz semirreflectante, la iluminación coaxial garantiza que cualquier zona de superficie perpendicular a la cámara devuelva su reflexión especular directamente al sensor, produciendo el máximo brillo. Cualquier desviación local respecto a esa orientación perpendicular, causada por un defecto, un borde o un detalle grabado, desvía la componente especular lejos del sensor y aparece como una zona oscura.
Principio de funcionamiento de la iluminación coaxial
Un iluminador coaxial integra un divisor de haz semirreflectante a 45 grados, una matriz de LED montada lateralmente y una carcasa que alinea el divisor con el eje óptico de la cámara. Los LED emiten horizontalmente hacia el divisor, que redirige la mitad de la luz hacia abajo, en dirección al objeto inspeccionado. La cámara observa el objeto a través de ese mismo divisor y capta la reflexión especular de cualquier zona de superficie plana perpendicular al eje óptico.
El ángulo de incidencia sobre el objeto es aproximadamente nulo respecto al eje de la cámara, lo que significa que las superficies planas paralelas al plano de imagen de la cámara devuelven al sensor la máxima reflexión especular. Cualquier desviación respecto a esa orientación, ya sea por inclinación de la superficie, por microdetalles o por marcas grabadas con láser, desvía la reflexión especular lejos del sensor y produce un detalle oscuro en la imagen, por lo demás brillante.
Retorno especular y difuso con iluminación coaxial
La iluminación coaxial separa las superficies planas especulares (que aparecen claras) de cualquier detalle superficial que rompa la planitud local (que aparece oscuro). Esta dicotomía resulta especialmente eficaz para la inspección de metales pulidos, obleas de silicio, recubrimientos espejados y marcas directas grabadas por láser, donde los detalles relevantes son por definición desviaciones respecto a una superficie plana reflectante de referencia. Cuando el requisito de diseño es una difusión coaxial, puede ser preferible una configuración flat dome, cubierta por la familia específica de iluminadores LED flat dome.
Aplicaciones industriales típicas
La iluminación coaxial es la opción estándar para la inspección de marcas directas grabadas por láser (DPM) en superficies metálicas planas; para la lectura de códigos punzonados en componentes semiconductores y piezas mecanizadas; para el control de calidad de superficies metálicas pulidas como hojas de afeitar, instrumental quirúrgico y componentes de relojería; para la inspección de recubrimientos espejados en componentes ópticos y películas reflectantes; para la verificación de detalles pulidos en placas de circuito impreso; para el control de calidad de sustratos de vidrio y cerámica pulidos; y para cualquier aplicación en la que la superficie del objeto sea esencialmente plana y especular y los detalles de interés sean desviaciones respecto a esa planitud. Los conjuntos coaxiales a medida para estas aplicaciones se diseñan dentro de la gama de iluminadores LED a medida.
Criterios de selección y consideraciones de diseño
Las dimensiones del iluminador coaxial deben abarcar el campo de visión del objetivo con un margen adecuado, para garantizar una intensidad uniforme en todo el campo de inspección. El divisor de haz introduce una penalización de flujo de 4× (50 por ciento de pérdida en cada sentido), que debe compensarse con una mayor densidad de LED o con funcionamiento estroboscópico.
El contenido espectral sigue las mismas reglas que cualquier iluminación direccional. Los iluminadores coaxiales monocromáticos son los preferidos para la inspección de alto contraste con filtros de banda estrecha, mientras que las versiones blancas se emplean en inspecciones donde el color es crítico. La longitud de onda puede elegirse para optimizar el contraste con el material del objeto: luz roja sobre superficies verdes, luz azul sobre superficies amarillas, y así sucesivamente.
Tratamientos antirreflejos en los divisores de haz
La calidad óptica del divisor de haz es determinante para el rendimiento coaxial. Los divisores de baja calidad introducen imágenes fantasma (reflexiones múltiples que producen imágenes duplicadas), dispersión cromática (longitudes de onda transmitidas con eficiencias distintas) y falta de uniformidad de intensidad (variaciones de la relación de división en el área activa). Los iluminadores coaxiales de grado industrial utilizan divisores con tratamiento antirreflejos, que minimizan estos artefactos y preservan la calidad de imagen en todo el campo de inspección.
Integración y limitaciones
Los iluminadores coaxiales ocupan un volumen compacto sobre el objeto inspeccionado, lo que los hace más fáciles de integrar que las cúpulas completas, aunque algo más voluminosos que los iluminadores frontales directos. La cámara debe alinearse coaxialmente con el iluminador: una operación sencilla cuando ambos se montan en la misma estructura de soporte, pero que exige un ajuste cuidadoso cuando se integran en un sistema robótico multieje.
La principal limitación óptica de la iluminación coaxial es su sensibilidad a la inclinación de la superficie. En objetos que no son perfectamente perpendiculares al eje óptico, la reflexión especular se desvía lejos de la cámara y la imagen aparece oscura, con independencia de que la superficie sea realmente defectuosa. Esta limitación es intrínseca a la geometría y no puede eliminarse; se gestiona mejor con un utillaje cuidadoso del objeto o combinando la iluminación coaxial con una fuente difusa complementaria. La iluminación coaxial es además menos eficaz en superficies muy texturadas o mates, donde la señal de retorno dominante es difusa y no especular; para esos objetos son preferibles las configuraciones de campo claro o de cúpula.
Iluminadores LED coaxiales de RODER Vision
RODER Vision diseña y fabrica iluminadores LED coaxiales específicos para cada aplicación, con conjuntos divisores de haz diseñados para la inspección con visión industrial de superficies planas especulares y marcas directas en piezas.
- Geometrías coaxiales con divisor de haz específicas para cada aplicación — Iluminadores LED a medida
- Alternativa coaxial difusa y compacta para espacios de integración reducidos — Iluminadores LED flat dome
- Fuentes anulares de campo claro complementarias para geometrías combinadas — Iluminadores LED anulares
Para el funcionamiento coaxial pulsado y sincronizado en líneas de inspección de alta velocidad, el catálogo RODER incluye drivers LED y controladores electrónicos dedicados, compatibles con los controladores de visión artificial industriales y los PLC.