Imagerie spéculaire dans l’axe pour surfaces planes réfléchissantes et marquages directs sur pièces
- L’angle d’incidence nul via un séparateur de faisceau à 45° fournit un retour spéculaire maximal des surfaces planes perpendiculaires.
- Défauts, arêtes et gravures apparaissent comme des détails sombres sur un fond spéculaire lumineux : idéal pour le DPM et les marquages laser.
- Idéal pour les métaux polis, plaquettes de silicium, revêtements miroir et autres substrats plans spéculaires.
- Exige des séparateurs de faisceau à traitement antireflet pour supprimer les images fantômes et la dispersion chromatique sur tout le champ.
- Pénalité de flux de 4× intrinsèque à la géométrie du séparateur de faisceau, compensée par une densité de LED plus élevée ou un fonctionnement pulsé.
- La sensibilité à l’inclinaison de la surface est intrinsèque : sur des objets non plans ou texturés, associer une source frontale diffuse.
L’éclairage coaxial, également appelé éclairage dans l’axe ou en ligne, est la configuration de référence pour l’inspection de surfaces planes spéculaires. En injectant la lumière le long de l’axe optique de la caméra à travers un séparateur de faisceau semi-réfléchissant, l’éclairage coaxial garantit que toute zone de surface perpendiculaire à la caméra renvoie sa réflexion spéculaire directement vers le capteur, produisant une luminosité maximale. Tout écart local par rapport à cette orientation perpendiculaire, dû à un défaut, une arête ou un détail gravé, dévie la composante spéculaire loin du capteur et apparaît comme une zone sombre.
Principe de fonctionnement de l’éclairage coaxial
Un éclairage coaxial intègre un séparateur de faisceau semi-réfléchissant à 45 degrés, une matrice de LED montée latéralement et un boîtier qui aligne le séparateur sur l’axe optique de la caméra. Les LED émettent horizontalement vers le séparateur, qui renvoie la moitié de la lumière vers le bas, en direction de l’objet inspecté. La caméra observe l’objet à travers ce même séparateur et capte la réflexion spéculaire de toute zone de surface plane perpendiculaire à l’axe optique.
L’angle d’incidence sur l’objet est approximativement nul par rapport à l’axe de la caméra, ce qui signifie que les surfaces planes parallèles au plan image de la caméra renvoient au capteur une réflexion spéculaire maximale. Tout écart par rapport à cette orientation, qu’il provienne de l’inclinaison de la surface, de micro-détails ou de marquages gravés au laser, dévie la réflexion spéculaire loin du capteur et produit un détail sombre dans une image par ailleurs lumineuse.
Retours spéculaire et diffus sous éclairage coaxial
L’éclairage coaxial sépare les surfaces planes spéculaires (qui apparaissent claires) de tout détail de surface qui rompt la planéité locale (qui apparaît sombre). Cette dichotomie est particulièrement efficace pour l’inspection des métaux polis, des plaquettes de silicium, des revêtements miroir et des marquages directs gravés au laser, où les détails pertinents sont par définition des écarts par rapport à une surface plane réfléchissante de référence. Lorsque l’exigence de conception est une diffusion coaxiale, une configuration flat dome peut être préférable ; elle est assurée par la famille dédiée des éclairages LED flat dome.
Applications industrielles typiques
L’éclairage coaxial est le choix standard pour l’inspection de marquages directs gravés au laser (DPM) sur surfaces métalliques planes ; pour la lecture de codes micro-percutés sur composants semi-conducteurs et pièces usinées ; pour le contrôle qualité de surfaces métalliques polies telles que lames de rasoir, instruments chirurgicaux et composants horlogers ; pour l’inspection de revêtements miroir sur composants optiques et films réfléchissants ; pour la vérification de détails polis sur circuits imprimés ; pour le contrôle qualité de substrats en verre et céramique polis ; et pour toute application où la surface de l’objet est essentiellement plane et spéculaire et où les détails d’intérêt sont des écarts par rapport à cette planéité. Les ensembles coaxiaux sur mesure destinés à ces applications sont conçus au sein de la gamme d’éclairages LED sur mesure.
Critères de sélection et considérations de conception
Les dimensions de l’éclairage coaxial doivent couvrir le champ de vision de l’objectif avec une marge suffisante, afin de garantir une intensité uniforme sur tout le champ d’inspection. Le séparateur de faisceau introduit une pénalité de flux de 4× (50 pour cent de perte dans chaque sens), qui doit être compensée par une densité de LED plus élevée ou un fonctionnement stroboscopique.
Le contenu spectral suit les mêmes règles que pour tout éclairage directionnel. Les éclairages coaxiaux monochromatiques sont privilégiés pour l’inspection à fort contraste avec des filtres à bande étroite, tandis que les versions blanches servent aux inspections où la couleur est critique. La longueur d’onde peut être choisie pour optimiser le contraste avec le matériau de l’objet : lumière rouge sur surfaces vertes, lumière bleue sur surfaces jaunes, et ainsi de suite.
Traitements antireflet des séparateurs de faisceau
La qualité optique du séparateur de faisceau est déterminante pour les performances coaxiales. Des séparateurs de faible qualité introduisent des images fantômes (réflexions multiples produisant des images dupliquées), une dispersion chromatique (longueurs d’onde transmises avec des rendements différents) et une non-uniformité d’intensité (variations du rapport de séparation sur la surface active). Les éclairages coaxiaux de qualité industrielle utilisent des séparateurs à traitement antireflet, qui minimisent ces artefacts et préservent la qualité d’image sur tout le champ d’inspection.
Intégration et limites
Les éclairages coaxiaux occupent un volume compact au-dessus de l’objet inspecté, ce qui les rend plus faciles à intégrer que des dômes complets, mais légèrement plus encombrants que des éclairages frontaux directs. La caméra doit être alignée coaxialement avec l’éclairage : opération simple lorsque les deux sont montés sur la même structure support, mais qui exige un réglage soigné lorsqu’ils sont intégrés à un système robotique multiaxe.
La principale limite optique de l’éclairage coaxial est sa sensibilité à l’inclinaison de la surface. Sur des objets qui ne sont pas parfaitement perpendiculaires à l’axe optique, la réflexion spéculaire est déviée loin de la caméra et l’image apparaît sombre, que la surface soit réellement défectueuse ou non. Cette limite est intrinsèque à la géométrie et ne peut être éliminée ; elle se gère au mieux par un outillage soigné de l’objet ou en associant à l’éclairage coaxial une source diffuse complémentaire. L’éclairage coaxial est en outre moins efficace sur les surfaces très texturées ou mates, où le signal de retour dominant est diffus plutôt que spéculaire ; pour ces objets, les configurations en champ clair ou en dôme sont préférables.
Éclairages LED coaxiaux RODER Vision
RODER Vision conçoit et fabrique des éclairages LED coaxiaux spécifiques à l’application, avec des ensembles séparateurs de faisceau étudiés pour l’inspection en vision industrielle de surfaces planes spéculaires et de marquages directs sur pièces.
- Géométries coaxiales à séparateur de faisceau spécifiques à l’application — Éclairages LED sur mesure
- Alternative coaxiale diffuse et compacte pour les espaces d’intégration réduits — Éclairages LED flat dome
- Sources annulaires en champ clair complémentaires pour géométries combinées — Éclairages LED annulaires
Pour le fonctionnement coaxial pulsé et synchronisé sur des lignes d’inspection à grande vitesse, le catalogue RODER comprend des drivers LED et contrôleurs électroniques dédiés, compatibles avec les contrôleurs de vision industrielle et les automates programmables.