Application note RODER Vision: soluzioni di illuminazione reali per la visione artificiale

Le application note sono la forma più diretta di trasferimento di conoscenza tecnica nell’ingegneria della visione artificiale. Una scheda tecnica dice che cosa un illuminatore è in grado di fare. Un’application note dice come si è effettivamente comportato su una linea di produzione reale, con un pezzo reale, sotto vincoli reali.

In RODER Vision ogni illuminatore della gamma è il frutto di anni di ingegneria applicativa sul campo. Le note raccolte qui documentano sfide di ispezione specifiche, le configurazioni di illuminazione impiegate per risolverle e i risultati ottenuti. Sono scritte per progettisti di visione, system integrator e progettisti OEM che devono passare rapidamente dall’enunciato del problema a una configurazione ottica funzionante.

Perché le application note contano più delle schede tecniche

Le schede tecniche definiscono le prestazioni nominali di un componente. Specificano intensità luminosa, angolo di emissione, lunghezza d’onda, campo di alimentazione e dimensioni meccaniche. Tutto ciò è necessario, ma nulla di tutto questo dice se un dato illuminatore produrrà contrasto sufficiente su una superficie di alluminio graffiata a 120 mm di distanza di lavoro con un obiettivo da 25 mm.

Le application note colmano questa lacuna. Traducono le specifiche di prodotto in risultati di ispezione. Ogni nota descrive il pezzo ispezionato, il difetto o la caratteristica di interesse, la configurazione di telecamera e obiettivo, la geometria di illuminazione scelta e il risultato in termini di contrasto, tasso di rilevamento o tempo ciclo. Il progettista che legge un’application note può giudicare immediatamente se il proprio problema è abbastanza simile da poter applicare lo stesso approccio.

Categoria applicativa: ispezione di tappi e chiusure

L’ispezione di tappi e chiusure è uno dei compiti di visione artificiale più diffusi nell’industria alimentare, delle bevande e farmaceutica. Gli obiettivi di ispezione comprendono di norma la verifica della presenza, il corretto posizionamento, il colore del tappo, l’integrità dell’anello di sicurezza e la leggibilità della stampa sulla superficie del tappo.

La sfida illuminotecnica è notevole. I tappi sono spesso lucidi, curvi e presentati con orientamenti variabili su un nastro in movimento. I riflessi speculari da superfici lucide in plastica o alluminio possono nascondere proprio le caratteristiche che il sistema deve rilevare. Un illuminatore anulare ad angolo elevato genera un riflesso speculare brillante al centro del tappo, mascherando eventuali difetti in quella zona. Nella maggior parte dei casi la soluzione è la combinazione di un’illuminazione diffusa a cupola per contenere i riflessi e di un anello darkfield a basso angolo per rivelare la texture superficiale e i caratteri in rilievo.

Gli illuminatori anulari della serie DC di RODER Vision, in particolare i modelli ad alta densità, si prestano bene a questa applicazione. Il form factor compatto ne consente l’integrazione in prossimità del punto di ispezione su linee ad alta velocità. La disponibilità di più lunghezze d’onda permette ai progettisti di ottimizzare il contrasto in funzione del colore del tappo senza modificare il setup meccanico.

Categoria applicativa: rilevamento di difetti superficiali sui metalli

L’ispezione di superfici metalliche riguarda un’ampia gamma di componenti industriali: pannelli in acciaio stampato, componenti in alluminio torniti, pezzi sinterizzati, profili estrusi e superfici lavorate a macchina. I difetti di interesse comprendono graffi, vaiolature, cricche, inclusioni e segni di lavorazione.

Il principio illuminotecnico chiave per il rilevamento di difetti superficiali sui metalli è l’angolo di incidenza. I difetti incassati nella superficie — graffi, vaiolature, cricche — diffondono la luce in modo diverso dalla superficie circostante quando sono illuminati ad angolo radente. È questa la base dell’illuminazione darkfield. Un illuminatore anulare o a barra a basso angolo, posizionato vicino alla superficie del pezzo, crea uno sfondo speculare brillante sulle aree piane e rivela i difetti come elementi chiari su fondo scuro, o scuri su fondo chiaro, a seconda della geometria.

Per i pezzi cilindrici può essere necessaria un’illuminazione assiale o coassiale per ottenere una copertura uniforme lungo la circonferenza. Per i pannelli piani, un illuminatore a matrice di grande formato in configurazione a incidenza radente è spesso l’approccio più pratico. Gli illuminatori a matrice della serie DL di RODER Vision sono progettati esattamente per questo tipo di applicazioni a campo esteso e alta intensità.

Angolo di illuminazione e visibilità dei difetti

La relazione tra angolo di illuminazione e visibilità dei difetti non è lineare. Una piccola variazione dell’angolo può far passare un difetto da invisibile a chiaramente rilevabile. Per questo motivo le application note di RODER Vision per l’ispezione di superfici metalliche documentano sempre l’esatta distanza illuminatore-superficie, l’angolo di inclinazione dell’illuminatore quando rilevante e il rapporto di contrasto dell’immagine misurato su un artefatto di taratura.

Categoria applicativa: controllo dimensionale con retroilluminazione

Il controllo dimensionale con retroilluminazione si impiega quando l’ispezione deve misurare il contorno o il profilo di un pezzo con accuratezza sub-pixel. Esempi tipici sono la verifica della lunghezza dei pin dei connettori, la misura del profilo degli anelli di tenuta, la misura dello spessore di parete dei tubi e il controllo del diametro dei fori su pezzi piani.

L’illuminazione in retroilluminazione colloca il pezzo tra la telecamera e una sorgente luminosa uniforme ad alta luminanza. Il pezzo appare come una sagoma scura su fondo chiaro. Gli algoritmi di edge detection possono individuare il contorno del pezzo con ripetibilità molto elevata, limitata principalmente dalla risoluzione della telecamera e dalla coerenza spaziale della sorgente.

Il parametro critico nella scelta del retroilluminatore per applicazioni di controllo dimensionale è l’uniformità di luminanza. Un retroilluminatore non uniforme introduce gradienti di luminosità nell’immagine che spostano la posizione apparente del bordo e aggiungono errori di misura. I retroilluminatori della serie BL di RODER Vision sono specificati con valori di uniformità di luminanza misurati sull’intera superficie attiva, fornendo ai progettisti i dati necessari per valutarne l’idoneità ai propri requisiti di tolleranza dimensionale.

Categoria applicativa: lettura di codici a barre e OCR

La lettura industriale di codici a barre e il riconoscimento ottico dei caratteri (OCR) sono spesso considerati problemi software. Nella pratica sono frequentemente problemi di illuminazione. Un lettore di codici a barre o un algoritmo OCR funziona in modo affidabile solo se il contrasto tra gli elementi chiari e scuri del codice o del carattere è sufficiente e costante su tutto il campo visivo.

Le principali difficoltà illuminotecniche nella lettura di codici a barre e nell’OCR sono i substrati riflettenti, le superfici curve e la qualità di stampa variabile. I riflessi speculari da un’etichetta lucida o da plastica goffrata possono generare punti luminosi localizzati che saturano il sensore e rendono illeggibile il codice sottostante. L’illuminazione coassiale, che invia la luce lungo l’asse ottico della telecamera, è spesso efficace sulle superfici piane e riflettenti perché i riflessi speculari tornano direttamente alla telecamera e gli elementi del codice risultano a un livello di luminosità uniforme.

Per superfici curve come lattine o bottiglie cilindriche si impiega di norma una configurazione line-scan con un illuminatore a barra o lineare sincronizzato con la frequenza di acquisizione della telecamera. L’illuminatore deve garantire un’intensità costante su tutta la larghezza di scansione, senza punti caldi né cadute di luminosità ai bordi.

Categoria applicativa: guida robot e pick-and-place

Le applicazioni di guida robot impiegano la visione artificiale per determinare posizione e orientamento di un pezzo in modo che il braccio robotico possa prelevarlo correttamente. Il compito è tipicamente una misura di localizzazione più che un rilevamento di difetti, ma i requisiti illuminotecnici non sono meno critici.

Il requisito principale per l’illuminazione nella guida robot è la ripetibilità. Il sistema di visione deve restituire la stessa misura di posizione per lo stesso pezzo nella stessa posizione, indipendentemente dalle variazioni di luce ambiente, dai cambi turno o dalle variazioni stagionali dell’illuminazione di stabilimento. Ciò richiede un illuminatore con intensità sufficiente a prevalere sulla luce ambiente e con un’emissione stabile che non derivi nel tempo né con la temperatura.

Gli illuminatori RODER Vision integrano la tecnologia HTTM (High Thermal Transfer Module), che gestisce attivamente il calore alla giunzione LED per mantenere stabile l’emissione fotometrica per l’intera vita operativa del prodotto. Nelle applicazioni di guida robot questo si traduce direttamente in ripetibilità del sistema di visione nel lungo periodo, senza necessità di ritaratura.

Categoria applicativa: ispezione in linea e su nastro trasportatore

L’ispezione in linea su sistemi a nastro comporta vincoli specifici assenti nelle celle di ispezione statiche. Il pezzo è in movimento, di norma a velocità comprese tra 0,5 e 3 metri al secondo. L’illuminatore deve garantire un’intensità sufficiente a consentire tempi di esposizione brevi che congelino il movimento senza sfocature. La geometria dell’illuminatore deve adattarsi alla struttura del nastro, il che spesso richiede configurazioni a basso profilo o a montaggio laterale.

Sulle linee ad alta velocità si ricorre frequentemente all’illuminazione stroboscopica. Un impulso di luce breve e intenso — tipicamente tra 10 e 500 microsecondi — è sincronizzato con il trigger della telecamera per acquisire un’immagine nitida del pezzo in movimento. Gli illuminatori RODER Vision supportano sia il funzionamento continuo sia quello stroboscopico, con elettronica di pilotaggio in grado di erogare correnti di picco ben superiori al valore nominale continuo per brevi durate d’impulso.

La combinazione di elevata intensità di picco, sincronizzazione accurata del trigger e gestione termica stabile rende gli illuminatori RODER Vision componenti affidabili in installazioni di ispezione su nastro impegnative nei settori automotive, alimentare, logistico ed elettronico.

Prodotti e tecnologie

Le famiglie di illuminatori RODER Vision nelle application note

Le famiglie di illuminatori elencate di seguito sono quelle più frequentemente citate nelle application note di RODER Vision. Ogni famiglia risponde a un insieme distinto di geometrie di ispezione e requisiti applicativi.

Domande frequenti