Imágenes a 900–1700 nm para silicio, plásticos oscuros y discriminación de la humedad
- Longitudes de onda LED SWIR discretas a 1050, 1200, 1300, 1450 y 1550 nm, correspondientes a bandas de absorción específicas de los materiales.
- La transparencia del silicio por encima de 1100 nm permite la inspección interna de obleas y semiconductores encapsulados.
- La absorción del agua a 1450 nm permite la medición de la humedad en productos alimentarios, farmacéuticos y agrícolas.
- La transmisión a través de plásticos oscuros y envases opacos revela defectos ocultos, invisibles en el visible o en el NIR.
- Sensores InGaAs necesarios: normalmente un orden de magnitud más caros que los sensores de silicio.
- Objetivos corregidos para SWIR (900–1700 nm) necesarios para imágenes de alto rendimiento; el vidrio estándar presenta aberración cromática.
La iluminación de infrarrojo de onda corta (SWIR) extiende la visión artificial al rango espectral comprendido aproximadamente entre 900 nm y 1700 nm, abriendo posibilidades de inspección imposibles en las longitudes de onda del visible y del infrarrojo cercano. La radiación SWIR atraviesa el silicio, los plásticos oscuros y algunos materiales de envasado, lo que permite inspeccionar características internas que de otro modo requerirían ensayos destructivos o radiografías de rayos X. La combinación de iluminación SWIR y sensores InGaAs ha transformado el control de calidad en la fabricación de semiconductores, el ensamblaje electrónico, la agricultura, la clasificación de alimentos y la inspección farmacéutica.
Principio de funcionamiento de la iluminación SWIR
La iluminación SWIR se genera mediante LED especializados o mediante lámparas halógenas con filtrado selectivo. Las fuentes SWIR de LED están disponibles en longitudes de onda discretas en las bandas de 1050, 1200, 1300, 1450 y 1550 nm, cada una elegida por sus interacciones específicas con los materiales. La iluminación SWIR halógena proporciona una emisión de banda ancha en todo el rango SWIR, pero es menos eficiente y menos adecuada para el funcionamiento pulsado.
La característica principal de la iluminación SWIR es su capacidad de transmitirse a través de materiales opacos en las longitudes de onda del visible y del infrarrojo cercano. El silicio, por ejemplo, se vuelve transparente por encima de su borde de absorción de banda prohibida, en torno a 1100 nm, lo que permite la inspección SWIR de las características internas de obleas de silicio y dispositivos semiconductores encapsulados. Muchos plásticos oscuros que absorben intensamente la luz visible transmiten una fracción considerable de la iluminación SWIR, lo que permite inspeccionar componentes ocultos y verificar la integridad del ensamblaje a través de carcasas negras.
Interacciones con los materiales en el rango SWIR
El agua absorbe intensamente a 1450 nm, lo que hace que esta longitud de onda resulte útil para medir el contenido de humedad en productos alimentarios, farmacéuticos y agrícolas. Muchos hidrocarburos absorben entre 1200 y 1300 nm, lo que proporciona un contraste selectivo en plásticos, aceites y contaminantes orgánicos. Los materiales inorgánicos como el vidrio y la cerámica son generalmente transparentes en todo el rango SWIR, mientras que los metales reflejan con gran eficiencia, de forma similar a su comportamiento en el visible.
Aplicaciones industriales típicas
La iluminación SWIR es esencial para la inspección de obleas de silicio, células fotovoltaicas y dispositivos semiconductores, donde los defectos internos, las contaminaciones y las anomalías estructurales deben detectarse a través del sustrato de silicio; para el control de calidad de productos de plástico negro u oscuro, donde la captura de imágenes en el visible es imposible; para la medición del contenido de humedad en productos alimentarios, farmacéuticos y agrícolas; para la clasificación de plásticos reciclados por tipo de polímero; para la inspección de productos envasados a través de envases opacos; para el control de calidad de conjuntos multicapa cuyas capas internas deben verificarse sin desmontaje; y para cualquier aplicación que requiera transparencia a través de materiales opacos en el visible. Las geometrías específicas para SWIR se diseñan dentro de la gama de iluminadores LED a medida.
Criterios de selección y consideraciones de diseño
La elección de la longitud de onda depende del material que se va a inspeccionar. La transmisión a través del silicio requiere longitudes de onda superiores a 1100 nm, siendo 1300 nm la opción estándar para una buena transmisión y una sensibilidad adecuada del sensor. La medición de la humedad requiere la banda de absorción del agua a 1450 nm. La discriminación de plásticos utiliza varias longitudes de onda en el rango de 1200 a 1700 nm. La caracterización espectrofotométrica del material que se va a inspeccionar es esencial antes de seleccionar la longitud de onda de inspección.
El sensor debe adecuarse a la iluminación SWIR. Los sensores de silicio estándar pierden toda sensibilidad por encima de 1100 nm. La captura de imágenes SWIR requiere sensores InGaAs, sensibles aproximadamente de 900 a 1700 nm pero con un coste un orden de magnitud superior al de los sensores de silicio equivalentes. El coste del sensor suele ser el componente dominante de un sistema de inspección SWIR y debe tenerse en cuenta ya en la fase de planificación del proyecto.
Componentes ópticos para SWIR
Los objetivos de vidrio estándar absorben de forma significativa por encima de aproximadamente 1700 nm y pueden presentar aberración cromática en el rango SWIR. Para imágenes de alto rendimiento se requieren objetivos corregidos para SWIR, diseñados para la banda de 900-1700 nm. Los divisores de haz, polarizadores, filtros y demás componentes ópticos también deben especificarse como compatibles con SWIR para evitar absorciones o aberraciones imprevistas.
Integración y limitaciones
Los sistemas de inspección SWIR son más caros y más complejos que los sistemas en el visible o en el NIR, principalmente debido al coste de los sensores InGaAs y de las ópticas específicas para SWIR. La elección del SWIR solo está justificada cuando la tarea de inspección requiere la penetración a través de materiales opacos en el visible, la sensibilidad a la absorción del agua o una discriminación físico-química que no pueda realizarse a longitudes de onda más cortas.
La otra limitación es la resolución reducida de los sensores InGaAs habituales en comparación con los sensores de silicio de coste equivalente. Las cámaras SWIR están disponibles con resoluciones VGA y SXGA, adecuadas para muchas aplicaciones industriales pero que pueden resultar insuficientes para detalles muy pequeños o campos de visión amplios. Para las aplicaciones en las que se desea la penetración SWIR pero también se requiere una resolución muy alta, los sistemas híbridos que combinan la captura de imágenes SWIR con imágenes de alta resolución en el visible ofrecen un compromiso práctico.
Iluminadores LED SWIR de RODER Vision
RODER Vision diseña iluminadores LED SWIR específicos para cada aplicación en el rango de 900–1700 nm, para la inspección industrial por visión artificial que requiere la transmisión a través de silicio, plásticos oscuros y envases opacos, o la discriminación selectiva de materiales basada en la absorción.
- Configuraciones SWIR lineales para la inspección en línea de bandas y obleas — Iluminadores LED de barra
- Longitudes de onda, geometrías y conjuntos SWIR específicos para cada aplicación — Iluminadores LED a medida
Para el funcionamiento SWIR pulsado de alta potencia sincronizado con el disparo de la cámara InGaAs, el catálogo RODER incluye drivers LED y controladores electrónicos dedicados, compatibles con los controladores de visión artificial industriales y los PLC.