Geometría de iluminación y posicionamiento

La disposición geométrica de un iluminador LED con respecto al eje óptico de la cámara y al objetivo inspeccionado es el parámetro de diseño individual más influyente en cualquier sistema de visión artificial. La geometría de iluminación determina cómo interactúa la luz con la superficie, cómo se dirigen los reflejos hacia el sensor o lejos de él, y cómo se vuelven detectables las características tridimensionales como bordes, relieves (embossings), arañazos y marcas impresas. Un objetivo perfecto y el sensor más sensible no pueden compensar una geometría mal elegida. Por el contrario, la geometría correcta convierte con frecuencia una tarea de inspección difícil en una de rutina. Esta página es el centro de referencia de ingeniería para la geometría de iluminación en visión artificial, que cubre las siete configuraciones utilizadas en la inspección industrial, con una guía técnica dedicada detrás de cada una.

Por qué la geometría supera al brillo

El brillo LED, la temperatura de color e incluso la difusión pueden ajustarse dentro de amplios márgenes una vez que un sistema de visión está en funcionamiento, pero la geometría de iluminación está fija por la distribución mecánica de la estación de inspección y, por lo tanto, es el parámetro más difícil de cambiar después de la implementación. Por esta razón, la disposición geométrica del iluminador debe ser la primera decisión en cualquier proyecto de visión, tomada antes de la resolución de la cámara, la distancia focal del objetivo o el algoritmo de software. Una configuración geométrica correcta genera el contraste requerido para la característica de interés al tiempo que suprime la información de fondo irrelevante, reduciendo drásticamente la carga en el procesamiento de imágenes posterior.

En la práctica, la elección geométrica está impulsada por tres parámetros que se cruzan: el comportamiento óptico de la superficie del objetivo, clasificada como especular, mate o semi-difusa; el tipo de característica que debe detectarse, que abarca desde la silueta y el borde hasta la marca superficial, defecto o forma tridimensional; y el espacio mecánico disponible alrededor de la estación de inspección, que a menudo limita lo que es físicamente realizable. Estos tres ejes se repiten a lo largo de cada guía dedicada enlazada a continuación y forman la columna vertebral de un procedimiento de selección repetible y justificable.

Las siete configuraciones fundamentales de geometría de iluminación

Cada una de las siguientes configuraciones de geometría de iluminación representa una estrategia óptica distinta. No son mutuamente excluyentes: una inspección compleja a menudo combina dos o más geometrías en secuencia o simultáneamente, pero los principios ópticos subyacentes deben entenderse individualmente antes de que cualquier combinación pueda diseñarse con confianza. Seleccione una configuración a continuación para abrir su guía técnica dedicada, o lea las descripciones estructuradas que siguen.

Explore cada geometría de iluminación

Iluminación por retroiluminación

La iluminación por retroiluminación coloca la fuente LED detrás del objeto inspeccionado, proyeccando luz a través o alrededor de él hacia la cámara. La imagen de silueta resultante proporciona un contraste extremo en los contornos del objeto y es la geometría de elección para la medición dimensional, detección de bordes, verificación de presencia, conteo de orificios e inspección de componentes transparentes o translúcidos.

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Iluminación frontal directa

La iluminación frontal directa ofrece una iluminación concentrada desde el mismo lado que la cámara, generalmente en un ángulo cercano al eje óptico. Mejora la textura de la superficie, las características en relieve y las marcas impresas en objetivos cooperativos, y es la configuración frontal de uso más general para superficies mate y semi-mate.

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Barra de luz LED

Las barras de luz LED son módulos LED lineales que pueden utilizarse individualmente o en conjuntos de dos, cuatro o más, proporcionando un control completo sobre el ángulo de incidencia y el área de emisión. Son la geometría de batalla para campos de inspección alargados, superficies de transportadores y cualquier aplicación que se beneficie de ejes de iluminación orientables de forma independiente.

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Iluminación anular

Una iluminación anular es un conjunto anular de LED montado concéntricamente con el objetivo de la cámara, que produce una iluminación uniforme y equilibrada en sombras de campos de visión pequeños a medianos. La geometría anular proporciona una cobertura de 360 grados alrededor del eje óptico y es la opción predeterminada preferida para la inspección de piezas pequeñas en una estación fija.

→ Read the dedicated Ring Light guide  ·  RODER products: LED Ring Illuminators

Iluminación puntual

Las iluminaciones puntuales ofrecen una iluminación colimada o casi colimada de alta intensidad en un área pequeña y bien definida. Se utilizan para la lectura de códigos, excitación de fluorescencia y cualquier aplicación que requiera una densidad de fotones concentrada en una característica localizada.

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Iluminación lineal

Una iluminación lineal produce una franja de iluminación estrecha, intensa y altamente uniforme adaptada a la línea de detección activa de una cámara de barrido lineal. Es la geometría dedicada para la inspección continua de banda, escaneo de transportadores, inspección de papel, película, textiles y medios impresos a altas velocidades lineales.

→ Read the dedicated Line Light guide  ·  RODER products: LED Bar Illuminators, Custom LED Illuminators

Iluminación de túnel

Las iluminaciones de túnel rodean el objeto inspeccionado con una iluminación cilíndrica de 360 grados, eliminando las sombras direccionales en piezas con simetría rotacional como botellas, latas, tubos, ejes y elementos de fijación roscados. Esta geometría ofrece condiciones de inspección que son en gran medida independientes de la rotación del objeto.

→ Read the dedicated Tunnel Light guide  ·  RODER products: Custom LED Illuminators, LED Flat Dome Illuminators

Un enfoque sistemático para la selección de la geometría de iluminación

Un procedimiento robusto de selección de la geometría de iluminación complica con una caracterización cuidadosa de la superficie del objetivo y de la característica a detectar. Las superficies especulares requieren bien una alineación coaxial para capturar el reflejo o una geometría rasante para desviarlo lejos del sensor. Las superficies mate toleran una gama mucho más amplia de geometrías debido a que la reflexión difusa ocurre en todas las direcciones. Las características tridimensionales requiren una iluminación direccional que genere sombras, mientras que las características bidimensionales, como las marcas impresas, requieren una iluminación plana y uniforme que las suprima.

El espacio mecánico determina lo que es físicamente posible. Una celda de inspección confinada puede forzar la elección hacia configuraciones de cúpula plana o coaxiales, incluso cuando una cúpula completa sería teóricamente preferible. Un campo de visión grande puede dictar múltiples barras de luz LED en lugar de un solo panel. La cadencia de inspección es igualmente importante: las líneas de alta velocidad requieren un funcionamiento pulsado independientemente de la geometría elegida, lo que a su vez impone restricciones en la distancia de trabajo máxima efectiva y en la cobertura angular del iluminador.

De la geometría a la implementación práctica

Una vez seleccionada la configuración geométrica, los parámetros secundarios como la difusión de la luz, el espectro de emisión, el ángulo de incidencia y el modo de funcionamiento se convierten en variables de refinamiento dentro del marco geométrico elegido. Cada una de las páginas dedicadas en esta sección describe detalladamente una única configuración geométrica, incluyendo el análisis de la trayectoria de los rayos, el comportamiento esperado del contraste en materiales típicos, las distancias de trabajo recomendadas y las restricciones de integración que deben respetarse durante el diseño mecánico de la estación de inspección.

Visión general del catálogo de RODER Vision por geometría de iluminación

El catálogo de productos de RODER Vision se asigna directamente a las siete configuraciones geométricas descritas anteriormente. Cada familia está diseñada para una clase específica de geometrías y aplicaciones de inspección, con opciones para la integración OEM, líneas de producción de alto volumen y configuraciones a medida específicas para cada aplicación.

• Backlight (transmitted-light) geometries — LED Backlight Illuminators
• Direct front, bar, multi-bar and line geometries — LED Bar Illuminators
• Wide-area panel front geometries — LED Panel Illuminators
• Coaxial annular ring geometries — LED Ring Illuminators
• Focused spot geometries for concentrated inspection — LED Spot Illuminators
• Compact diffuse coaxial geometries — LED Flat Dome Illuminators
• Tunnel, line-light and application-specific geometries — Custom LED Illuminators

La selección de un iluminador específico dentro de cada categoría depende de la distancia de trabajo, del campo de visión, de la reflectancia del objetivo, del requisito espectral y del modo de funcionamiento de la inspección. Para proyectos de integración OEM, celdas de inspección multiestación y configuraciones que superan las opciones estándar, RODER Vision proporciona soporte de ingeniería a través de los canales de contacto de la empresa.