Imagerie proche infrarouge 850/940 nm pour la pénétration des plastiques et le rejet de la lumière ambiante
- Longueurs d’onde 850 nm et 940 nm compatibles avec les capteurs CMOS/CCD silicium standard, avec un rendement quantique réduit.
- Pénètre de nombreux plastiques et fournit une imagerie invariante à la couleur sur les lignes de production à couleurs mixtes.
- Filtre passe-bande sur la caméra : rejette la lumière ambiante visible et permet les installations en extérieur ou sous éclairage non contrôlé.
- 850 nm faiblement visible sous forme de lueur rouge ; 940 nm totalement invisible pour des environnements sans distraction pour l’opérateur.
- Objectifs visible-NIR (400–1000 nm) recommandés pour l’imagerie NIR haute performance afin de conserver la mise au point sur toute la bande.
- Mode en transmission par rétroéclairage à travers les récipients et emballages translucides, assuré par la famille des rétroéclairages LED.
L’éclairage LED proche infrarouge dans la plage de 850 à 940 nm est l’une des configurations spectrales les plus utilisées en vision industrielle. Ses principaux avantages sont la pénétration à travers de nombreux plastiques, une robuste insensibilité aux variations de couleur de l’objet et un rejet efficace de la lumière ambiante visible grâce à des filtres passe-bande peu coûteux sur la caméra. L’éclairage proche infrarouge est invisible à l’œil humain, ce qui constitue également un avantage pratique dans les environnements où il faut éviter qu’un éclairage visible intense ne distraie les opérateurs.
Principe de fonctionnement des sources LED proche infrarouge
Les LED proche infrarouge reposent sur l’arséniure de gallium et des compositions semi-conductrices apparentées, qui émettent à des longueurs d’onde juste au-dessus du visible. Les longueurs d’onde industrielles les plus courantes sont 850 nm et 940 nm, choisies pour la disponibilité de puces LED haute puissance, la compatibilité avec les capteurs CMOS et CCD silicium standard et l’absorption atmosphérique modérée, qui permet une transmission efficace sur de courtes distances.
Les capteurs silicium standard conservent un rendement quantique utile jusqu’à environ 1000 nm, bien que la réponse diminue nettement au-delà de 900 nm. À 850 nm, la sensibilité du capteur est généralement de 30 à 50 % du pic dans le visible. À 940 nm, la sensibilité tombe à 10-20 %, ce qui exige une exposition plus longue ou une intensité d’éclairage plus élevée pour compenser. Des capteurs spécialisés à réponse NIR renforcée, à silicium plus épais ou à architectures de pixels alternatives, étendent la réponse utile jusqu’à 1000 nm.
Comportement optique des matériaux sous NIR
De nombreux matériaux qui paraissent opaques ou fortement colorés en lumière visible deviennent semi-transparents ou neutres en couleur sous éclairage proche infrarouge. C’est particulièrement vrai des polymères, dont les additifs et colorants qui absorbent dans le visible transmettent souvent dans le proche infrarouge. L’éclairage NIR fournit ainsi une imagerie invariante sur des produits en plastique de couleurs différentes, ce qui simplifie l’inspection des lignes de production à couleurs mixtes.
Applications industrielles typiques
L’éclairage LED proche infrarouge est largement utilisé pour l’inspection de produits en plastique sombre ou coloré sur des lignes de production où les variations de couleur compliqueraient autrement l’algorithme ; pour la lecture de codes et d’étiquettes à travers des emballages transparents ou translucides qui gênent l’imagerie en lumière visible ; pour l’inspection du contenu de récipients semi-opaques tels que bouteilles remplies et blisters ; pour la vérification des scellages et des collages sur les produits emballés ; pour le contrôle qualité dans des environnements à lumière ambiante forte et non contrôlée, où le NIR avec filtre passe-bande rejette les interférences visibles ; pour l’inspection dans des environnements où des LED visibles distrairaient les opérateurs ou interféreraient avec d’autres systèmes de vision ; et pour toute application exigeant la pénétration des plastiques ou un fort rejet de la lumière ambiante. Des variantes NIR sont disponibles dans les familles d’éclairages LED annulaires, d’éclairages LED à barre et d’éclairages LED à panneau.
Critères de sélection et considérations de conception
Le choix entre 850 nm et 940 nm dépend principalement de la sensibilité du capteur et des conditions de lumière ambiante. À 850 nm, la réponse plus élevée du capteur permet des temps d’exposition plus courts et une puissance LED plus faible, mais une faible lueur rouge peut être visible depuis la puce LED elle-même, ce qui peut gêner les opérateurs. À 940 nm, l’émission de la LED est totalement invisible, mais la réponse plus faible du capteur exige davantage de puissance LED ou une exposition plus longue pour obtenir une qualité d’image équivalente.
Le filtre passe-bande sur la caméra doit être adapté à la longueur d’onde de la LED, avec une bande passante généralement de 10 à 30 nm de large autour du centre. Des filtres plus étroits offrent un meilleur rejet de la lumière ambiante, au prix d’un alignement plus critique et d’un coût légèrement supérieur. La combinaison d’un filtre passe-bande et d’un éclairage LED NIR monochromatique permet l’inspection par vision dans des environnements à lumière ambiante très forte, y compris en extérieur.
Compatibilité des objectifs avec l’éclairage NIR
Les objectifs de vision industrielle standard, corrigés pour le visible, présentent souvent un léger décalage de mise au point dans le proche infrarouge, ce qui impose une nouvelle mise au point lors du passage de l’imagerie visible à l’imagerie NIR. Les objectifs visible-NIR optimisés pour la plage de 400 à 1000 nm sont conçus pour conserver une mise au point constante sur toute cette bande et sont recommandés pour les applications NIR critiques.
Intégration et limites
Les éclairages LED proche infrarouge s’intègrent exactement comme les versions visibles dans toutes les configurations mécaniques standard, avec les mêmes diffuseurs, polariseurs et séparateurs de faisceau. La consommation électrique et la dissipation thermique sont comparables à celles des LED visibles à flux émis équivalent. Les longueurs d’onde NIR non standard ou les rétroéclairages NIR haute puissance sont généralement conçus au sein de la gamme d’éclairages LED sur mesure, tandis que l’inspection NIR en transmission est assurée par la famille des rétroéclairages LED.
La principale limite de l’éclairage NIR est la perte de l’information de couleur, qui le rend incompatible avec les applications exigeant une discrimination des couleurs. Le NIR est également soumis à un bruit photonique légèrement plus élevé que l’éclairage visible à luminosité d’image équivalente, car le rendement quantique réduit du capteur exige un flux de photons plus important pour obtenir le même signal numérique. Pour les applications où l’information de couleur est essentielle, il convient d’utiliser plutôt un éclairage blanc ou RGB commutable. Pour les applications exigeant une invariance à la couleur de l’objet, un rejet de la lumière ambiante ou une pénétration des plastiques, le NIR est le choix le plus efficace et le plus économique.
Éclairages LED proche infrarouge RODER Vision
RODER Vision fabrique des éclairages LED proche infrarouge à 850 nm et 940 nm dans toute la gamme de géométries, pour les applications de vision industrielle exigeant la pénétration des plastiques, l’invariance à la couleur et le rejet de la lumière ambiante.
- Géométries NIR annulaires à 850 et 940 nm — Éclairages LED annulaires
- Configurations NIR linéaires pour champs d’inspection allongés — Éclairages LED à barre
- Géométries NIR en panneau grand format — Éclairages LED à panneau
- Rétroéclairages NIR en transmission pour l’inspection d’emballages translucides — Rétroéclairages LED
- Longueurs d’onde NIR et ensembles haute puissance spécifiques à l’application — Éclairages LED sur mesure
Pour les lignes d’inspection NIR stroboscopiques à haute cadence, le catalogue RODER comprend des drivers LED et contrôleurs électroniques dédiés, compatibles avec les contrôleurs de vision industrielle et les automates programmables.