L’inspection de bande englobe une large famille de tâches de contrôle qualité industriel où un matériau en mouvement continu — film, papier, feuille métallique, tissu, non-tissé, substrat enduit ou bande imprimée — est contrôlé à la pleine vitesse de production. L’objectif est de détecter les défauts de surface, les erreurs d’impression, les variations d’enduction et les contaminations avant que le matériau ne soit enroulé ou transformé en produit fini. La détection des défauts en ligne élimine le coût du traitement de matériaux défectueux lors des opérations en aval et évite qu’un produit défectueux n’atteigne le client.
Les caméras à balayage linéaire constituent la solution d’imagerie standard pour l’inspection de bande. Une caméra à balayage linéaire capture une ligne de la bande par cycle d’exposition, reconstituant une image bidimensionnelle de la surface de la bande au fur et à mesure que le matériau défile devant la caméra. L’éclairage pour caméras à balayage linéaire doit fournir une intensité élevée et uniforme sur toute la largeur de la bande, selon une ligne étroite précisément alignée avec le champ de vision de la caméra. L’éclairage linéaire à LED est la source privilégiée dans ce contexte. Il offre une forte intensité dans un faisceau étroit, un flux lumineux émis stable sur de longs cycles de fonctionnement continu et un contrôle précis de la géométrie d’éclairage.
Exigences en matière d’Éclairage pour Caméra Linéaire
Les caméras à balayage linéaire fonctionnent à des fréquences de ligne allant de quelques kilohertz à plus de 100 kHz dans les applications à haute vitesse. L’exposition de chaque ligne est en conséquence très brève : à une fréquence de ligne de 50 kHz, chaque ligne est exposée pendant 20 microsecondes ; à 100 kHz, pendant 10 microsecondes. L’éclairage doit apporter suffisamment de photons au capteur pendant cette courte exposition pour atteindre le niveau de gris cible dans l’image.
Pour une bande se déplaçant à 300 m/min (5 m/s) avec une résolution de caméra de 0,1 mm par pixel, la fréquence de ligne requise pour éviter l’élongation des pixels dans le sens du défilement est de 50 000 lignes par seconde. L’exposition de 20 microsecondes à cette fréquence de ligne réduit le temps d’intégration disponible à une très faible fraction de milliseconde. L’intensité d’éclairage nécessaire pour atteindre des niveaux de gris adéquats avec ces expositions très courtes est extrêmement élevée. Les éclairages linéaires conçus pour l’inspection de bande doivent délivrer cette intensité de manière uniforme sur toute la largeur de la bande, qui peut aller de 200 mm à plus de 3000 mm.
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Géométrie d’éclairage linéaire pour l’inspection de bandes
La géométrie de l’éclairage linéaire par rapport à la surface de la bande et à la caméra détermine les types de défauts détectables ainsi que les caractéristiques de surface qui créent du contraste dans l’image. Les trois géométries d’éclairage fondamentales utilisées en inspection de bande sont l’éclairage en champ clair, l’éclairage en champ sombre et l’éclairage en transmission.
Éclairement en champ clair
En éclairage en champ clair, l’éclairage linéaire est positionné de manière à ce que son angle de réflexion spéculaire s’inscrive dans le cône d’acceptation de l’objectif de la caméra. La caméra forme l’image de la réflexion spéculaire de l’éclairage sur la surface de la bande. Cette géométrie produit des images à haute intensité sur des surfaces lisses et réfléchissantes. Les défauts qui interrompent ou perturbent la réflexion spéculaire — rayures, piqûres, inclusions, manques d’enduction — apparaissent sous forme d’éléments sombres sur un fond lumineux. L’éclairage en champ clair est la géométrie privilégiée pour l’inspection de bandes lisses et réfléchissantes telles que les feuilles métalliques, le papier couché brillant et le film calandré.
Éclairement en champ sombre
En éclairage en champ sombre, l’éclairage linéaire est situé à faible angle par rapport à la surface de la bande, en dehors de l’angle de réflexion spéculaire de la caméra. Le fond de la bande apparaît sombre sur l’image car la réflexion spéculaire n’entre jamais dans la caméra. Les défauts qui diffusent la lumière — contaminations de surface, fibres redressées, grumeaux d’enduction, motifs en relief — apparaissent lumineux sur fond sombre. L’éclairage en champ sombre offre un contraste très élevé pour les défauts de relief de surface qui restent invisibles en éclairage en champ clair.
L’angle d’éclairage pour l’inspection de bande en champ sombre est généralement compris entre 5° et 20° par rapport au plan de la surface de la bande. À ces faibles angles, le trajet d’éclairage sur la largeur de la bande est beaucoup plus long que la distance de travail mesurée perpendiculairement à la bande. Pour une bande de 1000 mm de large éclairée à 10° par rapport à la surface à une distance de travail perpendiculaire de 200 mm, la longueur du trajet d’éclairage à travers la bande est d’environ 1150 mm. L’éclairage linéaire doit maintenir une intensité uniforme sur toute cette longueur de trajet étendue.
Éclairage par transmission pour bandes transparentes et translucides
Pour les bandes transparentes et translucides telles que les films transparents, le papier fin, les tissus et les matériaux non-tissés, l’éclairage en transmission à travers la bande offre le meilleur contraste pour les variations d’épaisseur, les inclusions, les trous et les contaminations. L’éclairage linéaire se place sous la bande et la caméra au-dessus. L’intensité de la lumière transmise varie en fonction de l’épaisseur locale et de l’opacité de la bande, de sorte que les variations d’épaisseur et les inclusions apparaissent sous forme de modulations de luminosité dans l’image.
Spécifications d’uniformité pour les éclairages linéaires d’inspection de bandes
L’uniformité est la spécification optique la plus critique pour les éclairages linéaires destinés à l’inspection de bande. Toute variation de l’intensité d’éclairage sur la longueur de l’éclairage linéaire se traduit par une variation correspondante du niveau de gris dans l’image de la caméra sur toute la largeur de la bande. Cette variation apparente du niveau de gris peut masquer de vrais défauts ou déclencher de fausses détections sur le profil de la bande.
L’exigence d’uniformité pour les éclairages linéaires d’inspection de bande est généralement exprimée sous la forme du rapport entre l’intensité minimale et maximale mesurée sur la longueur utile à la distance de travail définie. Pour des applications d’inspection de bande exigeantes, une uniformité de 90 % ou plus est requise sur toute la largeur de la bande. Les éclairages linéaires RODER Vision atteignent ces niveaux d’uniformité grâce à une sélection appairée des LED, une conception optique de précision et des processus d’assemblage contrôlés qui maintiennent un flux lumineux émis constant sur toute la longueur de l’éclairage.
Synchronisation avec les caméras Linéaires
Les caméras à balayage linéaire pour l’inspection de bande fonctionnent généralement en mode libre à une fréquence de ligne fixe, ou en mode déclenché par codeur où chaque ligne est déclenchée par une impulsion provenant d’un codeur rotatif installé sur un rouleau d’entraînement. Dans les deux cas, l’éclairage doit maintenir une intensité de sortie constante pendant toute la durée de l’inspection. Toute variation d’intensité d’éclairage synchrone avec la fréquence de ligne de la caméra génère des artéfacts périodiques sous forme de bandes sur l’image, dégradant la détection de défauts.
Mode continu ou mode stroboscopique pour le balayage linéaire
Les caméras à balayage linéaire pour l’inspection de bande sont le plus souvent utilisées avec un éclairage en mode continu. L’exposition de la caméra est fixée par le temps d’intégration de la caméra, et l’éclairage reste allumé en permanence. Cela simplifie la synchronisation puisqu’aucun signal de déclenchement n’est envoyé à l’éclairage. L’éclairage doit maintenir un flux très stable pendant toute la durée du cycle d’inspection, qui peut s’étendre sur plusieurs heures ou plusieurs jours pour les grandes bobines de bande.
Pour les applications à très haute fréquence de ligne où l’intensité requise en mode continu dépasse la capacité thermique de l’éclairage, le mode stroboscopique est utilisé. L’éclairage est pulsé une fois par ligne, synchronisé avec la sortie de déclenchement de ligne de la caméra, avec une durée d’impulsion égale au temps d’intégration de la caméra. Cela permet à l’éclairage de fournir une intensité crête plus élevée pendant la courte fenêtre d’intégration sans dépasser sa capacité thermique moyenne. Les éclairages linéaires RODER Vision prennent en charge le fonctionnement continu et stroboscopique.
Longueur d’Onde pour les matériaux en bande
La longueur d’onde d’éclairage optimale pour l’inspection de bande dépend des propriétés optiques du matériau en bande et de la nature des défauts à détecter. Pour la plupart des détections de défauts de surface sur bandes opaques, un éclairage rouge ou proche infrarouge de 625 nm à 850 nm est privilégié car il maximise le rapport signal/bruit avec les capteurs linéaires en silicium standards et atténue la texture de la bande qui pourrait masquer des défauts de surface subtils.
Pour l’inspection d’impression couleur et la détection d’écarts chromatiques sur bandes imprimées, un éclairage en lumière blanche avec une température de couleur stable offre un rendu des couleurs précis sur toute la largeur de la bande. L’éclairage ultraviolet sert à l’inspection d’éléments de sécurité fluorescents sur le papier-monnaie, les substrats d’impression de sécurité et les étiquettes d’authentification en bande. L’éclairage proche infrarouge traverse les revêtements de surface et peut révéler des caractéristiques sous-superficielles dans les bandes de papier et de carton multicouches qui restent invisibles aux longueurs d’onde visibles.
Stabilité thermique dans les cycles d’inspection de longue durée de la toile
Les lignes d’inspection de bande fonctionnent pendant de longues périodes sans interruption. Les changements de bobine peuvent avoir lieu toutes les quelques heures, mais le système d’inspection fonctionne en continu entre les changements. L’éclairage doit maintenir une intensité stable tout au long du cycle de production. Toute dérive d’intensité d’éclairage due à l’échauffement des LED pendant le fonctionnement se traduit par une variation progressive du niveau de gris de l’image sur toute la longueur de la bobine de bande. Cette dérive peut laisser passer des défauts au début ou à la fin de la bobine lorsque le flux de l’éclairage diffère du niveau auquel les seuils d’inspection ont été étalonnés.
Les éclairages linéaires RODER Vision intègrent la technologie de gestion thermique HTTM. Le système HTTM limite la dérive thermique en contrôlant la température de jonction des LED dès l’allumage de l’éclairage, atteignant rapidement l’équilibre thermique et maintenant un flux lumineux émis stable tout au long de la production. Cela élimine le besoin de temps de préchauffage avant le début de l’inspection et évite la dérive du flux pendant les longues séries de production.
Produits et technologies
Familles d’Éclairage pour Caméra Linéaire RODER Vision pour l’inspection de bandes et de lignes
Les familles de produits RODER Vision présentées ci-dessous conviennent à l’inspection de bande à balayage linéaire dans des environnements de production continue.
DL5 – Matrice de LED Haute Intensité
Intensité de crête élevée pour l’inspection de la toile par balayage linéaire à des taux de lignes élevés. Format de barre pour une couverture étendue de la bande. Configurations en champ clair et en champ sombre. Options de longueur d’Onde.
DL6 – Matrice de LED à haute densité
Gestion Thermique HTTM pour un rendement stable dans les longues séries de production. Longueur d’Onde. Modes continu et stroboscopique. Grand format de barre pour les grandes largeurs de bande.
BL3 – Rétroéclairage LED
Éclairement transmis pour l’inspection de bandes transparentes et translucides. Grande uniformité pour une détection précise de l’épaisseur et des inclusions. Plusieurs longueurs d’onde et formats.
FD2 – Illuminateurs LED à dôme plat
Éclairage diffus pour l’inspection couleur des bandes imprimées. Élimine les réflexions spéculaires sur les substrats couchés brillants. Fond uniforme pour une mesure précise de la couleur et de la densité.
Questions fréquemment posées
La meilleure géométrie dépend du matériau de la bande et des types de défauts. L’éclairage en champ clair convient aux bandes lisses et réfléchissantes où les défauts apparaissent sous forme de taches sombres interrompant la réflexion spéculaire. L’éclairage en champ sombre à faible angle convient aux défauts de relief de surface tels que les contaminations et les fibres redressées. L’éclairage en transmission est utilisé pour les bandes transparentes et translucides afin de détecter les variations d’épaisseur et les inclusions.
Pour une inspection de bande (web) exigeante, une uniformité de 90 pour cent ou plus est requise sur toute la largeur de la bande à la distance de travail définie. Une uniformité inférieure génère une variation du niveau de gris sur la largeur de l’image qui peut masquer de vrais défauts ou déclencher de fausses détections. Vérifiez l’uniformité avec un équipement de mesure étalonné à la distance de travail réelle avant de valider l’éclairage.
Le mode continu est le choix standard pour l’inspection de bande à balayage linéaire car il simplifie la synchronisation et ne nécessite aucun signal de déclenchement vers l’éclairage. Le mode stroboscopique est utilisé lorsque l’intensité requise en mode continu dépasse la capacité thermique de l’éclairage, ce qui se produit à des fréquences de ligne très élevées. Les éclairages linéaires RODER Vision prennent en charge ces deux modes.
La dérive thermique fait varier l’intensité d’éclairage à mesure que la température de jonction des LED se stabilise après l’allumage. Elle se traduit par une variation progressive du niveau de gris de l’image sur toute la longueur de la bobine inspectée. Des défauts peuvent passer inaperçus au début ou à la fin de la bobine lorsque le flux diffère du niveau d’étalonnage. La gestion thermique HTTM des éclairages RODER Vision limite cette dérive pour garantir un flux stable durant les longues séries.
L’éclairage en lumière blanche sert à l’inspection d’impression couleur et à la détection d’écarts chromatiques sur bandes imprimées. L’éclairage rouge ou proche infrarouge maximise le rapport signal/bruit pour la détection de défauts de surface en inspection monochromatique avec des capteurs linéaires en silicium. L’éclairage ultraviolet sert à l’inspection d’éléments de sécurité fluorescents sur le papier de sécurité et les substrats d’authentification. L’éclairage proche infrarouge peut révéler des caractéristiques sous-superficielles dans les bandes de papier et de carton multicouches.
Contacts et informations
Contact pour informations générales : info@roder.it
Partenaire d’intégration de systèmes et de capteurs : www.roder.it
Division Vision Artificielle de RODER : www.rodervision.com
Division Instruments de RODER : www.innovacheck.com
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