Iluminación pulsada sincronizada para la inspección de alta velocidad con congelación del movimiento
- Pulsos LED cortos sincronizados con la exposición de la cámara proporcionan el flujo de fotones de pico solo durante la ventana de integración.
- Anchuras de pulso de decenas a cientos de microsegundos se mantienen muy por debajo de la constante de tiempo térmica (del orden del milisegundo) de la unión del LED.
- Ideal para cintas transportadoras de alta velocidad, impresión en bobina, líneas de llenado, lectura de códigos e inspección de piezas estampadas por encima de 100 piezas/s.
- Corriente de pico igual o moderadamente superior al valor nominal continuo con ciclos de trabajo normalmente inferiores al 10 %.
- Compensación programable del retardo del cable que alinea el pulso LED con la exposición de la cámara con precisión de microsegundos.
- Cableado apantallado conforme a la CEM necesario para gestionar las emisiones radiadas y conducidas de alto di/dt.
El funcionamiento estroboscópico sincroniza pulsos LED cortos de alta intensidad con la exposición de la cámara, proporcionando el flujo de fotones de pico durante la ventana de integración y una corriente de reposo fuera de ella. Este modo de funcionamiento es el caballo de batalla de la visión artificial de alta velocidad: permite congelar el movimiento en microsegundos manteniendo la disipación de potencia media lo bastante baja para una gestión térmica pasiva compacta. El funcionamiento estroboscópico puede multiplicar el brillo efectivo de la imagen por un factor de dos a cinco respecto al funcionamiento continuo a la misma potencia media.
Principio de funcionamiento del modo estroboscópico
Un driver LED estroboscópico suministra una corriente pulsada a la matriz de LED, sincronizada con una señal de disparo externa que define el inicio y la duración de cada pulso. Durante el pulso, la corriente del LED está en su valor de pico, que puede ser igual o moderadamente superior al valor nominal continuo según el ciclo de trabajo. Entre pulsos, el LED permanece a corriente cero o a una baja corriente de reposo que puede utilizarse para la alineación. La generación de pulsos y la sincronización del disparo necesarias las proporcionan los drivers LED y controladores electrónicos específicos del catálogo RODER.
La intensidad de pico durante el pulso es notablemente superior a la intensidad media que el mismo LED podría sostener de forma continua, porque la constante de tiempo térmica de la unión del LED suele estar en el rango del milisegundo, mientras que las duraciones de pulso en el estroboscopio industrial son normalmente de decenas a cientos de microsegundos. Por tanto, la unión del LED no tiene tiempo de calentarse durante el pulso, y la potencia media se mantiene baja porque el ciclo de trabajo es normalmente inferior al 10 por ciento.
Anchura de pulso, ciclo de trabajo y corriente de pico
Los tres parámetros principales del funcionamiento estroboscópico son la anchura de pulso, el ciclo de trabajo y la corriente de pico. La anchura de pulso determina la ventana de exposición y debe ajustarse al tiempo de exposición de la cámara. El ciclo de trabajo es la relación entre la anchura de pulso y el intervalo de repetición, y determina la disipación de potencia media. La corriente de pico determina la intensidad de pico y debe especificarse dentro del área de funcionamiento seguro definida por el fabricante del LED para la anchura de pulso y el ciclo de trabajo elegidos.
Aplicaciones industriales típicas
El funcionamiento estroboscópico es la opción estándar para la inspección en cintas transportadoras de alta velocidad, donde las piezas atraviesan el campo de visión a cientos o miles por minuto; la inspección de la calidad de impresión en rotativas de bobina que funcionan a varios metros por segundo; la verificación de botellas, latas y envases en líneas de llenado a cientos de unidades por minuto; la lectura de códigos en productos en movimiento en logística y envasado; el control de calidad de piezas metálicas estampadas y componentes electrónicos en producción de gran volumen; la inspección de bandas de papel, film y textil; y cualquier aplicación que requiera combinar tiempos de exposición cortos para congelar el movimiento con una relación señal/ruido adecuada en la cámara. Existen variantes en modo estroboscópico en las familias de iluminadores LED anulares, iluminadores LED de barra e iluminadores LED de panel.
Criterios de selección y consideraciones de diseño
La anchura de pulso se selecciona para que coincida con el tiempo de exposición de la cámara, que a su vez viene fijado por el desenfoque de movimiento máximo admisible en el objeto inspeccionado. Para un desenfoque de movimiento inferior a un píxel, la anchura de pulso debe ser menor que el tiempo que tarda el objeto en avanzar un píxel a la velocidad de la cinta.
La corriente de pico se selecciona dentro del área de funcionamiento seguro del fabricante del LED, teniendo en cuenta la anchura de pulso y el ciclo de trabajo. Un funcionamiento conservador a la corriente nominal continua, pulsada en ventanas cortas, ofrece un funcionamiento fiable con un riesgo mínimo para la vida útil del LED. Las corrientes de pico más altas entran en el funcionamiento en overdrive, que se trata en una sección específica.
La arquitectura de sincronización debe alinear el pulso LED con la exposición de la cámara con precisión de microsegundos. Los drivers estroboscópicos de calidad industrial especifican el retardo de propagación desde la entrada de disparo hasta la subida de la corriente del LED y ofrecen una compensación programable para alinear el pulso con la ventana de exposición.
Compatibilidad electromagnética
El funcionamiento estroboscópico implica corrientes de pico elevadas con transiciones rápidas, que generan interferencias electromagnéticas. Los drivers estroboscópicos de calidad industrial incorporan filtrado para reducir las emisiones conducidas, y el cableado entre el driver y la matriz de LED debe mantenerse corto y apantallado para minimizar las emisiones radiadas. El catálogo RODER de cables y sistemas de fijación incluye cableado apantallado diseñado para instalaciones estroboscópicas, para garantizar el cumplimiento de las normas de compatibilidad electromagnética en entornos industriales.
Integración y limitaciones
El funcionamiento estroboscópico requiere una señal de sincronización procedente del controlador de visión o de la cámara, que debe conectarse a la entrada de disparo del driver LED. La mayoría de las cámaras industriales modernas disponen de una salida strobe diseñada específicamente para este fin, y la mayoría de los controladores de visión admiten el control estroboscópico de los LED como función estándar.
La principal limitación del funcionamiento estroboscópico es el requisito de sincronización, que añade complejidad a la integración del sistema y exige una gestión cuidadosa de los retardos de cable y de la temporización del disparo. El funcionamiento estroboscópico también es menos eficaz en aplicaciones en las que la inspección se realiza en modo libre, sin un evento de disparo claro, como la inspección continua de bandas en algunas configuraciones.
La otra consideración es la frecuencia de repetición máxima, limitada por el tiempo de recuperación térmica de la unión del LED y por la capacidad de refrigeración del disipador. La mayoría de los iluminadores estroboscópicos industriales admiten frecuencias de repetición de hasta varios miles de pulsos por segundo, lo que es suficiente para cualquier aplicación práctica de visión artificial.
Iluminadores y drivers LED estroboscópicos RODER Vision
RODER Vision fabrica iluminadores LED y drivers estroboscópicos emparejados para la inspección industrial de alta velocidad, con control de pulsos sincronizado con el disparo y alimentación conforme a la CEM en toda la gama de geometrías.
- Geometrías anulares estroboscópicas para la inspección en cintas transportadoras de alta velocidad — Iluminadores LED anulares
- Configuraciones lineales estroboscópicas para la inspección de bobinas y piezas estampadas — Iluminadores LED de barra
- Geometrías de panel estroboscópicas para la inspección de gran área con congelación del movimiento — Iluminadores LED de panel
- Drivers estroboscópicos sincronizados con el disparo con compensación de retardo programable — Drivers LED y controladores electrónicos
Las instalaciones estroboscópicas requieren un cableado apantallado de bajo retardo — el catálogo de RODER incluye cables y sistemas de fijación de calidad industrial diseñados para entornos de alto di/dt y para el cumplimiento de la CEM.