Imágenes de infrarrojo cercano a 850/940 nm para la penetración de plásticos y el rechazo de la luz ambiente
- Longitudes de onda de 850 nm y 940 nm compatibles con los sensores CMOS/CCD de silicio estándar, con eficiencia cuántica reducida.
- Penetra muchos plásticos y proporciona imágenes invariantes al color en líneas de producción con colores mixtos.
- Filtro pasabanda en la cámara: rechaza la luz ambiente visible y permite instalaciones en exteriores o con iluminación no controlada.
- 850 nm levemente visible como un resplandor rojo; 940 nm totalmente invisible para entornos sin distracciones para el operador.
- Objetivos visible-NIR (400–1000 nm) recomendados para imágenes NIR de alto rendimiento, para mantener el enfoque en toda la banda.
- Modo de transmisión con retroiluminación a través de recipientes y envases translúcidos, proporcionado por la familia de retroiluminadores LED.
La iluminación LED de infrarrojo cercano en el rango de 850 a 940 nm es una de las configuraciones espectrales más utilizadas en la visión artificial industrial. Sus principales ventajas son la penetración a través de muchos plásticos, una robusta insensibilidad a las variaciones de color del objeto y el rechazo eficaz de la luz ambiente visible mediante filtros pasabanda económicos en la cámara. La iluminación de infrarrojo cercano es invisible para el ojo humano, lo que supone también una ventaja práctica en entornos donde debe evitarse que una iluminación visible intensa distraiga a los operadores.
Principio de funcionamiento de las fuentes LED de infrarrojo cercano
Los LED de infrarrojo cercano se basan en arseniuro de galio y composiciones semiconductoras afines, que emiten en longitudes de onda justo por encima del visible. Las longitudes de onda industriales más comunes son 850 nm y 940 nm, elegidas por la disponibilidad de chips LED de alta potencia, la compatibilidad con los sensores CMOS y CCD de silicio estándar y la moderada absorción atmosférica, que permite una transmisión eficiente en distancias cortas.
Los sensores de silicio estándar conservan una eficiencia cuántica útil hasta aproximadamente 1000 nm, aunque la respuesta disminuye de forma notable por encima de 900 nm. A 850 nm, la sensibilidad del sensor suele ser del 30 al 50 % del pico en el visible. A 940 nm, la sensibilidad cae al 10-20 %, lo que exige una exposición más larga o una mayor intensidad del iluminador para compensar. Los sensores especializados con respuesta NIR mejorada, con silicio más grueso o arquitecturas de píxel alternativas, extienden la respuesta útil hasta los 1000 nm.
Comportamiento óptico de los materiales bajo NIR
Muchos materiales que parecen opacos o intensamente coloreados bajo luz visible se vuelven semitransparentes o neutros en color bajo iluminación de infrarrojo cercano. Esto es especialmente cierto en los polímeros, donde los aditivos y colorantes que absorben en el visible suelen transmitir en el infrarrojo cercano. Como resultado, la iluminación NIR proporciona imágenes invariantes en productos de plástico de distintos colores, lo que simplifica la inspección de líneas de producción con colores mixtos.
Aplicaciones industriales típicas
La iluminación LED de infrarrojo cercano se utiliza ampliamente para la inspección de productos de plástico oscuro o de color en líneas de producción donde las variaciones de color complicarían de otro modo el algoritmo; para la lectura de códigos y etiquetas a través de envases transparentes o translúcidos que dificultan la captura de imágenes con luz visible; para la inspección del contenido de recipientes semiopacos como botellas llenas y blísteres; para la verificación de sellos y uniones en productos envasados; para el control de calidad en entornos con luz ambiente intensa y no controlada, donde el NIR con filtrado pasabanda rechaza las interferencias visibles; para la inspección en entornos donde los LED visibles distraerían a los operadores o interferirían con otros sistemas de visión; y para cualquier aplicación que requiera penetración a través de plásticos o un fuerte rechazo de la luz ambiente. Hay variantes NIR disponibles en las familias de iluminadores LED anulares, iluminadores LED de barra e iluminadores LED de panel.
Criterios de selección y consideraciones de diseño
La elección entre 850 nm y 940 nm depende principalmente de la sensibilidad del sensor y de las condiciones de luz ambiente. A 850 nm, la mayor respuesta del sensor permite tiempos de exposición más cortos y una menor potencia de los LED, pero puede apreciarse un leve resplandor rojo procedente del propio chip LED, que puede molestar a los operadores. A 940 nm, la emisión del LED es totalmente invisible, pero la menor respuesta del sensor requiere más potencia LED o una exposición más larga para lograr una calidad de imagen equivalente.
El filtro pasabanda de la cámara debe ajustarse a la longitud de onda del LED, con una banda de paso normalmente de 10 a 30 nm de ancho alrededor del centro. Los filtros más estrechos ofrecen un mejor rechazo de la luz ambiente a cambio de un alineamiento más crítico y un coste ligeramente superior. La combinación de un filtro pasabanda y una iluminación LED NIR monocromática permite la inspección por visión en entornos con luz ambiente muy intensa, incluidas las instalaciones en exteriores.
Compatibilidad de los objetivos con la iluminación NIR
Los objetivos de visión artificial estándar, corregidos para el visible, suelen presentar un ligero desplazamiento del foco en el infrarrojo cercano, lo que obliga a reenfocar al pasar de la captura de imágenes en visible a la captura en NIR. Los objetivos visible-NIR optimizados para el rango de 400 a 1000 nm están diseñados para mantener un enfoque constante en toda esta banda y se recomiendan para las aplicaciones NIR críticas.
Integración y limitaciones
Los iluminadores LED de infrarrojo cercano se integran exactamente igual que las versiones visibles en todas las configuraciones mecánicas estándar, con los mismos difusores, polarizadores y divisores de haz. El consumo de energía y la disipación de calor son comparables a los de los LED visibles con un flujo emitido equivalente. Las longitudes de onda NIR no estándar o los retroiluminadores NIR de alta potencia suelen diseñarse dentro de la gama de iluminadores LED a medida, mientras que la inspección NIR en transmisión corre a cargo de la familia de retroiluminadores LED.
La principal limitación de la iluminación NIR es la pérdida de la información de color, que la hace incompatible con las aplicaciones que requieren discriminación de colores. El NIR también está sujeto a un ruido fotónico ligeramente mayor que la iluminación visible con un brillo de imagen equivalente, porque la menor eficiencia cuántica del sensor exige un mayor flujo de fotones para obtener la misma señal digital. Para las aplicaciones en las que la información de color es esencial, debe utilizarse en su lugar iluminación blanca o RGB conmutable. Para las aplicaciones que requieren invariancia al color del objeto, rechazo de la luz ambiente o penetración de plásticos, el NIR es la opción más eficaz y rentable.
Iluminadores LED de infrarrojo cercano de RODER Vision
RODER Vision fabrica iluminadores LED de infrarrojo cercano a 850 nm y 940 nm en toda la gama de geometrías, para aplicaciones de visión industrial que requieren penetración de plásticos, invariancia al color y rechazo de la luz ambiente.
- Geometrías NIR anulares a 850 y 940 nm — Iluminadores LED anulares
- Configuraciones NIR lineales para campos de inspección alargados — Iluminadores LED de barra
- Geometrías NIR de panel de gran formato — Iluminadores LED de panel
- Retroiluminadores NIR en transmisión para la inspección de envases translúcidos — Retroiluminadores LED
- Longitudes de onda NIR y conjuntos de alta potencia específicos para cada aplicación — Iluminadores LED a medida
Para las líneas de inspección NIR estroboscópicas de alta velocidad, el catálogo RODER incluye drivers LED y controladores electrónicos dedicados, compatibles con los controladores de visión artificial industriales y los PLC.