Selección de la longitud de onda y la configuración espectral adecuadas para la visión industrial
- La selección de la longitud de onda genera contraste aprovechando la reflectancia y la absorción espectrales de cada material presente en la escena.
- La luz blanca se destina a las inspecciones en las que el color es crítico; la luz monocromática maximiza el contraste sobre elementos de color mediante el emparejamiento en el círculo cromático.
- El infrarrojo cercano (850/940 nm) penetra en los plásticos y rechaza la luz ambiental mediante un filtrado pasabanda en la cámara.
- El ultravioleta (365/395 nm) excita la fluorescencia de adhesivos, marcas de seguridad y contaminantes superficiales.
- El SWIR (900–1700 nm) atraviesa el silicio y los plásticos oscuros; requiere sensores InGaAs.
- Las configuraciones multiespectrales y RGB conmutables permiten adaptar la longitud de onda durante el funcionamiento y discriminar materiales.
El contenido espectral de un iluminador de visión artificial interactúa con la reflectancia y la absorción espectrales de cada material de la escena, generando un contraste que resultaría invisible bajo una iluminación de banda ancha. Seleccionar la longitud de onda adecuada —banda estrecha o banda ancha, monocromática o multiespectral— es, por tanto, una de las herramientas más potentes de que dispone el ingeniero de visión. La selección de la longitud de onda también influye en la profundidad de campo, la aberración cromática del objetivo, la inmunidad a la luz ambiental y la respuesta del sensor de la cámara en los rangos visible, infrarrojo cercano y ultravioleta.
La longitud de onda como herramienta de ingeniería del contraste
Los materiales reflejan y absorben la luz de forma distinta según la longitud de onda. Un pigmento que el ojo humano percibe como verde absorbe intensamente en el rojo y el azul y refleja en el verde; ese mismo pigmento aparece oscuro bajo iluminación roja y claro bajo iluminación verde. Esta reflectancia dependiente de la longitud de onda permite al ingeniero de visión generar contraste entre elementos de colores similares que serían indistinguibles bajo luz blanca.
El principio va mucho más allá del espectro visible. Muchos plásticos que parecen opacos en el visible se vuelven transparentes bajo iluminación de infrarrojo cercano, lo que permite inspeccionar elementos internos. Muchos adhesivos que parecen incoloros bajo luz visible emiten una fluorescencia intensa bajo excitación ultravioleta, lo que permite detectar defectos de unión y de sellado. La selección de la longitud de onda amplía, en la práctica, el espacio dimensional en el que opera un sistema de visión, aportando grados de libertad que ningún otro parámetro de iluminación puede igualar.
Configuraciones espectrales tratadas en esta sección
Luz blanca
La iluminación LED blanca proporciona una emisión visible de banda ancha adecuada para la inspección de color, la captura de imágenes general y las aplicaciones que requieren una reproducción cromática natural del objeto inspeccionado. Los LED blancos están disponibles en distintas temperaturas de color (fría, neutra, cálida) según la aplicación. La emisión blanca estándar está disponible en toda la gama de Iluminadores LED anulares, Iluminadores LED de barra e Iluminadores LED de panel.
Luz monocromática de color
La iluminación LED monocromática roja, verde, azul o ámbar genera un contraste selectivo aprovechando la reflectancia espectral de los objetos de color. Un iluminador monocromático con la longitud de onda adecuada puede producir sobre elementos de color un contraste imposible de obtener con luz blanca.
Iluminación infrarroja (IR)
La iluminación LED de infrarrojo cercano a 850 nm y 940 nm penetra en muchos plásticos, reduce la influencia de la luz visible ambiental mediante un filtrado de banda estrecha y proporciona una imagen invariante de objetos de color que aparecerían distintos bajo luz visible.
Iluminación ultravioleta (UV)
La iluminación LED ultravioleta a 365 nm y 395 nm excita la fluorescencia de adhesivos, marcas de seguridad, recubrimientos superficiales y contaminantes, lo que permite inspeccionar elementos invisibles al ojo humano bajo iluminación estándar. Las geometrías específicas para UV se diseñan normalmente dentro de la gama de Iluminadores LED a medida.
Infrarrojo de onda corta (SWIR)
La iluminación de infrarrojo de onda corta, entre 900 nm y 1700 nm aproximadamente, permite la inspección a través de materiales opacos a la luz visible, como obleas de silicio, plásticos oscuros y productos envasados con capas exteriores no transparentes.
Luz multiespectral e hiperespectral
Los iluminadores multiespectrales combinan varias longitudes de onda discretas en una misma luminaria, lo que permite la captura secuencial o simultánea de imágenes en distintas bandas para la discriminación de materiales, la caracterización de defectos y el análisis físico-químico.
Iluminación RGB conmutable
Los iluminadores RGB conmutables integran en una misma luminaria LED rojos, verdes y azules controlados de forma independiente, lo que permite seleccionar dinámicamente la longitud de onda de inspección durante el funcionamiento para optimizar el contraste sobre distintos objetos.
Sensibilidad del sensor y selección de la longitud de onda
La elección de la longitud de onda debe tener siempre en cuenta la sensibilidad espectral del sensor de la cámara. Los sensores CMOS y CCD suelen alcanzar su máximo entre 500 y 600 nm en el rango visible y decaen rápidamente por encima de 900 nm. El uso de iluminación de infrarrojo cercano por encima de 900 nm exige, por tanto, considerar cuidadosamente la respuesta del sensor y el tiempo de exposición. Los sensores especializados (silicio con sensibilidad NIR mejorada, InGaAs para SWIR, sensibilidad UV mejorada por debajo de 400 nm) amplían el rango espectral utilizable, a un coste mayor.
También debe tenerse en cuenta el objetivo. Los objetivos estándar de visión artificial están corregidos para el espectro visible y pueden presentar una aberración cromática significativa fuera de ese rango. Para aplicaciones NIR de altas prestaciones se requieren objetivos visible-NIR optimizados para el rango 400-1000 nm. Para iluminación por debajo de 400 nm, donde los objetivos de vidrio estándar se vuelven absorbentes, se requieren objetivos de cuarzo o sílice fundida de grado UV.
Combinación de la longitud de onda con otros parámetros
La longitud de onda interactúa con todos los demás parámetros de iluminación: geometría, difusión, ángulo de incidencia y modo de funcionamiento. La iluminación monocromática se colima con mayor facilidad que la blanca, ya que no hay dispersión cromática en la óptica de colimación. La iluminación de banda estrecha combinada con filtros pasabanda en la cámara proporciona un rechazo eficaz de la luz ambiental, esencial en instalaciones cercanas a ventanas o bajo iluminación de planta variable. La iluminación monocromática pulsada de alta densidad de potencia aporta el flujo de fotones necesario para la inspección a alta velocidad.
Las páginas dedicadas de esta sección examinan en detalle cada configuración espectral, incluida la interacción con los materiales, la compatibilidad con los sensores, los requisitos de filtrado y los casos de uso industriales típicos que aprovechan las características propias de cada rango de longitudes de onda.
Iluminadores LED espectrales de RODER Vision
RODER Vision fabrica iluminadores LED en todo el rango espectral industrial, con variantes estándar blancas, monocromáticas y de infrarrojo cercano disponibles en toda la gama de geometrías, además de configuraciones UV, SWIR y multiespectrales específicas para cada aplicación, diseñadas bajo pedido.
- Geometrías anulares blancas, monocromáticas y NIR — Iluminadores LED anulares
- Configuraciones lineales en longitudes de onda visibles y NIR — Iluminadores LED de barra
- Geometrías de panel en variantes blanca, monocromática y NIR — Iluminadores LED de panel
- Fuentes direccionales compactas para aplicaciones UV, monocromáticas y multicanal — Iluminadores LED spot
- Conjuntos UV, SWIR, multiespectrales y RGB conmutables específicos para cada aplicación — Iluminadores LED a medida
Para la inspección multiespectral y pulsada con conmutación de longitud de onda, el catálogo RODER incluye drivers LED y controladores electrónicos dedicados con control independiente por canal, compatibles con controladores de visión artificial industriales y PLC.