Iluminación hemisférica de cielo cubierto para superficies pulidas y curvas
- El difusor hemisférico rodea el objeto: la luz llega desde todas las direcciones del hemisferio superior.
- El efecto de cielo cubierto suprime los reflejos especulares con independencia de la orientación de la superficie.
- La cámara observa a través de una pequeña abertura en el vértice (10 a 20 por ciento del diámetro de la cúpula).
- El diámetro de la cúpula debe ser 3 o 4 veces la mayor dimensión del objeto, para conservar la cobertura hemisférica completa.
- Espacio libre vertical aproximadamente igual al diámetro de la cúpula: a menudo incompatible con celdas de inspección de poca altura.
- Las variantes RGB conmutables y multilongitud de onda permiten controlar el contraste espectral en tiempo real.
Los iluminadores de cúpula son la geometría de iluminación LED más eficaz para la inspección de superficies muy reflectantes, curvas o especulares. Al rodear el objeto inspeccionado con una superficie difusora hemisférica, la cúpula produce una luz que llega desde todas las direcciones del hemisferio superior, generando el llamado efecto de cielo cubierto, que elimina reflejos especulares y sombras con independencia de la orientación de la superficie. La iluminación de cúpula es la referencia para las aplicaciones en las que la geometría del objeto produciría de otro modo reflejos incontrolables.
Principio de funcionamiento de los iluminadores de cúpula
Un iluminador de cúpula está formado por un casquete hemisférico con LED montados en su borde inferior, que dirigen su emisión hacia arriba y hacia dentro, sobre la superficie interior de la cúpula. Esa superficie interior está recubierta con una pintura o un material difusor de alta reflectancia, que dispersa la emisión de los LED por todo el hemisferio. La luz difusa desciende después hacia el objeto inspeccionado, situado bajo la cúpula, y llega a cada punto del objeto desde todas las direcciones del hemisferio superior.
La cámara observa el objeto a través de una pequeña abertura en el vértice de la cúpula. Como cada punto del objeto recibe luz de todas las direcciones, el brillo aparente de un punto depende únicamente de la reflectancia difusa local, y no de la normal local a la superficie. Los reflejos especulares se suprimen porque, sea cual sea la orientación de la superficie, el cono especular siempre encuentra una fuente luminosa en algún punto del hemisferio, y el contraste entre las contribuciones especular y difusa se promedia.
Geometría óptica y abertura crítica
La abertura por la que la cámara observa el objeto es un elemento óptico crítico de la cúpula. Una abertura pequeña conserva la simetría de la iluminación y minimiza las sombras en la zona central, pero limita el campo de visión. Una abertura grande amplía el campo de visión, pero introduce una zona más oscura en el centro de la imagen, visible en superficies muy reflectantes como un ligero oscurecimiento justo debajo de la cámara. El diámetro de abertura óptimo suele ser del 10 al 20 por ciento del diámetro de la cúpula en las aplicaciones de inspección generales.
Aplicaciones industriales típicas
Los iluminadores de cúpula son esenciales para la inspección de piezas metálicas pulidas con geometría tridimensional compleja; para el control de calidad de recipientes de vidrio y plástico reflectante; para la lectura de códigos y el OCR en superficies curvas o brillantes; para la inspección de joyería, componentes de relojería y mecánica de precisión; para la verificación de uniones de soldadura y componentes electrónicos reflectantes; para el control de calidad de superficies metálicas recubiertas y anodizadas; y para cualquier aplicación en la que la superficie a inspeccionar sea muy especular o muy curva y se requiera una imagen uniforme y sin sombras. Las geometrías de cúpula suelen diseñarse como unidades específicas para cada aplicación dentro de la gama de iluminadores LED a medida.
Criterios de selección y consideraciones de diseño
El diámetro de la cúpula debe elegirse en función del objeto inspeccionado más grande. Una regla práctica útil es que el diámetro de la cúpula sea al menos tres o cuatro veces la mayor dimensión del objeto, para que cada punto del objeto vea una fracción considerable del hemisferio completo. Las cúpulas más pequeñas pierden su carácter de cielo cubierto y reintroducen reflejos especulares en los bordes del campo de visión.
La distancia de trabajo entre la abertura de la cúpula y el objeto viene determinada por la geometría de la cúpula y suele fijarse en la fase de diseño. El objetivo de la cámara debe elegirse para enfocar a esa distancia de trabajo y ofrecer el campo de visión necesario a través de la abertura.
Consideraciones espectrales y cúpulas conmutables
La mayoría de las cúpulas se ofrecen en blanco, pero hay versiones monocromáticas en rojo, verde, azul o infrarrojo cercano para las aplicaciones que requieren selectividad espectral. Las cúpulas RGB conmutables o multilongitud de onda permiten elegir la longitud de onda de inspección en tiempo real, lo que posibilita un control adaptativo del contraste en líneas de producción que manejan tipos de piezas variados.
Integración y limitaciones
La principal restricción mecánica de los iluminadores de cúpula es su tamaño. Una cúpula adecuada para una pieza de 100 mm requiere unos 300 a 400 mm de espacio libre vertical, lo que puede ser incompatible con las estructuras de los transportadores y los sistemas de manipulación robotizados. Las cúpulas ocupan además una superficie considerable sobre la estación de inspección, que debe tenerse en cuenta al diseñar la celda.
La principal limitación óptica es la pequeña zona oscura en el centro del campo de visión, debida a la abertura de la cámara. En objetos planos y muy especulares esta zona puede apreciarse como una sombra circular en el centro de la imagen. Existen varias soluciones: inclinar ligeramente el objeto, usar una cúpula de mayor diámetro para reducir el tamaño relativo de la abertura, o pasar a una configuración flat dome, que resuelve este problema a cambio de unas características ópticas algo distintas. La página dedicada a la iluminación flat dome analiza este compromiso en detalle.
Iluminadores LED de cúpula de RODER Vision
RODER Vision proporciona iluminación de cúpula y soluciones equivalentes mediante familias específicas, diseñadas para la inspección industrial de objetos muy reflectantes y curvos. Cada configuración se ajusta al campo de visión, la distancia de trabajo y el espacio de integración requeridos.
- Geometrías de cúpula hemisférica completa para objetos brillantes y curvos — Iluminadores LED a medida
- Difusión equivalente a la cúpula en un formato compacto y de perfil bajo — Iluminadores LED flat dome
- Difusión anular coaxial como alternativa para campos reflectantes pequeños — Iluminadores LED anulares
Para las variantes de cúpula RGB conmutables y multilongitud de onda, el equipo técnico de RODER puede configurar unidades de cúpula específicas para cada aplicación junto con los drivers LED y controladores electrónicos necesarios para la integración directa con los controladores de visión y los PLC.