Retroilluminatore collimato a raggi paralleli per la misura dimensionale sub-pixel
- Raggi paralleli collimati emessi da un’apertura ristretta tramite ottiche di collimazione di Fresnel o multi-elemento.
- Definizione dei bordi sub-pixel indipendente dalla posizione dell’oggetto entro la profondità di progetto — ideale per la metrologia di precisione.
- Ideale per parti stampate, componenti lavorati, profili di ingranaggi, metrologia di contenitori farmaceutici con accuratezza micrometrica.
- Da abbinare a un obiettivo telecentrico per completare l’invarianza geometrica rispetto alla posizione nella profondità di campo.
- Angolo telecentrico inferiore a 1° per la massima nitidezza dei bordi; limita proporzionalmente la profondità di progetto.
- Profondità meccanica 2–3 volte maggiore rispetto a un retroilluminatore diffuso equivalente, per la geometria delle ottiche di collimazione.
La retroilluminazione telecentrica emette raggi paralleli collimati da un’apertura di uscita ristretta, producendo i bordi netti con definizione sub-pixel richiesti dalle applicazioni di misura dimensionale ad alta precisione. Emettendo luce solo lungo direzioni parallele all’asse ottico del sistema di ripresa, un retroilluminatore telecentrico elimina gli effetti di sfumatura dei bordi (edge blooming) che limitano l’accuratezza dei retroilluminatori diffusi e consente una ripetibilità di misura a livello micrometrico.
Principio di funzionamento dei retroilluminatori telecentrici
Un retroilluminatore telecentrico è costruito attorno a una sorgente LED posta sul piano focale di un gruppo ottico di collimazione, tipicamente una lente di Fresnel o un sistema rifrattivo multi-elemento. Le ottiche di collimazione trasformano l’emissione divergente dei LED in un fascio di raggi paralleli che escono dal retroilluminatore entro un intervallo angolare ristretto, tipicamente di pochi gradi rispetto all’asse ottico. Il risultato è un fascio che si comporta geometricamente come la luce di una sorgente puntiforme a distanza infinita. Le alternative a retroilluminazione diffusa sono disponibili di serie nella famiglia dei retroilluminatori LED, mentre le varianti telecentriche sono progettate su richiesta nell’ambito del portafoglio di illuminatori LED personalizzati.
Quando il target viene posto in questo fascio collimato, solo i raggi paralleli all’asse ottico possono passare attorno all’oggetto e raggiungere la telecamera. I raggi che divergono dall’asse ottico mancano l’apertura della telecamera e non vengono visti. L’occlusione geometrica prodotta dall’oggetto è quindi indipendente dalla sua posizione nel campo di vista, e i bordi dell’oggetto appaiono con nitidezza sub-pixel qualunque sia la profondità a cui si trova.
Il vantaggio geometrico della collimazione
Il vantaggio principale della retroilluminazione collimata è l’eliminazione dello sfumato dei bordi causato dai raggi di luce che sfiorano l’oggetto. In un retroilluminatore diffuso standard la luce raggiunge l’oggetto da un ampio intervallo di angoli, e i raggi non paralleli all’asse ottico possono passare attorno ai bordi delle piccole caratteristiche e raggiungere la telecamera, producendo una leggera sfocatura dei bordi. In un retroilluminatore telecentrico sono presenti solo raggi paralleli e i bordi vengono riprodotti con la massima nitidezza.
Applicazioni industriali tipiche
I retroilluminatori telecentrici sono essenziali per la misura dimensionale ad alta precisione di parti metalliche stampate, componenti lavorati e alberi torniti, dove è richiesta un’accuratezza a livello micrometrico; per il controllo qualità di diametri di fori, larghezze di asole e profili dei denti di ingranaggi e riduttori; per l’ispezione di piccole parti lavorate come elementi di fissaggio, perni e connettori; per la metrologia dei diametri del collo dei contenitori farmaceutici e della geometria delle compresse; per la verifica dei profili tagliati al laser nella lamiera; per l’ispezione dimensionale di componenti plastici stampati a iniezione; e per qualsiasi applicazione in cui l’accuratezza di misura si avvicina o supera un decimo di pixel nell’immagine della telecamera.
Criteri di selezione e considerazioni progettuali
L’area di emissione attiva del retroilluminatore telecentrico deve coprire l’intero campo di vista della telecamera con un margine adeguato, per mantenere la nitidezza dei bordi su tutta l’immagine. A differenza dei retroilluminatori diffusi, in cui la nitidezza dei bordi degrada su tutto il campo, i retroilluminatori telecentrici mantengono una nitidezza costante finché l’oggetto si trova all’interno del fascio collimato.
L’angolo telecentrico (la massima deviazione dai raggi paralleli) è la specifica critica. Un angolo telecentrico più piccolo (tipicamente inferiore a un grado) offre una migliore nitidezza dei bordi, ma richiede ottiche di collimazione più sofisticate e limita la profondità di campo entro cui vale l’approssimazione dei raggi paralleli.
L’abbinamento con un obiettivo telecentrico sulla telecamera completa il sistema di misura di precisione. Un obiettivo telecentrico accetta solo i raggi paralleli al proprio asse ottico, facendo coincidere l’accettanza angolare con l’emissione angolare del retroilluminatore. Il sistema risultante è indipendente dalla posizione dell’oggetto nella profondità di campo e offre l’invarianza geometrica necessaria per una misura ripetibile.
Considerazioni spettrali e di pilotaggio
Per le applicazioni di misura si preferiscono i retroilluminatori telecentrici monocromatici, perché minimizzano l’aberrazione cromatica delle ottiche di collimazione e dell’obiettivo della telecamera. Le lunghezze d’onda rossa o verde offrono la migliore combinazione di efficienza dei LED, sensibilità del sensore e correzione dell’obiettivo. Per qualsiasi ispezione di target in movimento si raccomanda il funzionamento strobato, per congelare il movimento entro la finestra di esposizione.
Integrazione e limiti
I retroilluminatori telecentrici sono più ingombranti dei retroilluminatori diffusi di pari area attiva, a causa delle ottiche di collimazione che devono essere poste alla distanza focale dalla sorgente LED. L’ingombro meccanico del retroilluminatore è tipicamente da due a tre volte più profondo di quello di un retroilluminatore diffuso con la stessa area di emissione, il che può vincolare l’integrazione in celle di ispezione ristrette.
Il limite ottico principale è la profondità limitata entro cui vale l’approssimazione dei raggi paralleli. Al di fuori della profondità di progetto i raggi divergono gradualmente e la nitidezza dei bordi degrada. La profondità di progetto è tipicamente specificata dal costruttore e va da pochi millimetri per i retroilluminatori compatti ad alta precisione a diverse centinaia di millimetri per i sistemi telecentrici di grande formato. Per gli oggetti che si estendono oltre la profondità di progetto, la nitidezza dei bordi diventa dipendente dalla posizione e può compromettere l’accuratezza di misura.
L’altro limite è il costo. I retroilluminatori telecentrici sono notevolmente più costosi delle versioni diffuse di dimensioni equivalenti, a riflesso della precisione delle ottiche di collimazione. La scelta di un retroilluminatore telecentrico è quindi giustificata principalmente da requisiti di misura di precisione che i più semplici retroilluminatori diffusi non possono soddisfare.
Retroilluminatori telecentrici RODER Vision
RODER Vision progetta gruppi retroilluminatori LED telecentrici specifici per l’applicazione, con ottiche di collimazione calibrate, per l’ispezione nella visione industriale che richiede un’accuratezza di misura dimensionale sub-pixel.
- Gruppi retroilluminatori telecentrici e ottiche di collimazione specifici per l’applicazione — Illuminatori LED personalizzati
- Gamma standard di retroilluminatori diffusi per applicazioni in trasmissione non telecentriche — Retroilluminatori LED
Il funzionamento strobato del retroilluminatore telecentrico su target in movimento richiede una sincronizzazione precisa con la telecamera — il catalogo RODER comprende driver LED e controller elettronici dedicati, compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.