Striscia LED lineare focalizzata per l’ispezione in continuo di nastri e con telecamere lineari
- Striscia stretta e uniforme adattata alla linea sensibile attiva di una telecamera lineare (uniformità di intensità ±10%).
- Ottica cilindrica di focalizzazione: concentra l’emissione dei LED in una banda netta di pochi millimetri sull’oggetto.
- Base dell’ispezione ad alta velocità di nastri in carta, film plastico, tessuto e foglio metallico a diversi metri al secondo.
- Ispezione di oggetti cilindrici in rotazione (rulli da stampa, alberi, bottiglie), dove la rotazione del pezzo fornisce il moto richiesto dalla scansione lineare.
- Il funzionamento strobato sincronizzato con il clock di riga della telecamera consente frequenze di acquisizione dell’ordine dei kHz.
- Spettri monocromatici e bianchi per un contrasto selettivo e la reiezione della luce ambiente.
Gli illuminatori lineari sono illuminatori LED specializzati, progettati per fornire una striscia di luce stretta, intensa e molto uniforme, adattata alla linea sensibile attiva di una telecamera lineare. La combinazione di ripresa con telecamera lineare e illuminazione lineare è alla base dell’ispezione in continuo ad alta velocità di nastri, trasportatori e oggetti cilindrici in rotazione, dove la geometria di ispezione si allinea naturalmente con un sensore lineare e la cadenza di produzione richiede un’acquisizione delle immagini a velocità costante.
Principio di funzionamento degli illuminatori lineari
Un illuminatore lineare è costituito tipicamente da una o più file di LED abbinate a un’ottica specializzata che focalizza la luce emessa in una striscia stretta, perpendicolare alla fila di LED. Il sistema ottico riduce l’angolo di emissione nella dimensione corta a pochi millimetri sul piano dell’oggetto, preservando al contempo l’intera lunghezza della fila di LED nella dimensione lunga. Il risultato è una striscia di luce che può essere lunga decine o centinaia di millimetri e larga solo pochi millimetri alla distanza di lavoro della telecamera.
La distribuzione di intensità lungo la striscia deve essere molto uniforme, tipicamente entro più o meno il 10 per cento su tutta la lunghezza attiva, per evitare gradienti di intensità nell’immagine ricostruita dalla scansione lineare. Ottenere questa uniformità richiede una selezione accurata del binning dei LED, componenti ottici calibrati e, nelle applicazioni critiche, il controllo dei singoli canali per compensare la non uniformità residua.
Illuminatori lineari focalizzati e collimati
Gli illuminatori lineari focalizzati fanno convergere la luce emessa fino a una larghezza minima a una distanza di lavoro specifica, producendo la massima intensità entro una ridotta profondità di fuoco. Sono preferiti quando la superficie ispezionata è piana e perpendicolare all’asse ottico della telecamera. Gli illuminatori lineari collimati producono una striscia a lati paralleli, meno sensibile alle variazioni della distanza di lavoro ma con un’intensità di picco inferiore. La scelta tra i due dipende dalla geometria e dalla stabilità della superficie ispezionata.
Applicazioni industriali tipiche
Gli illuminatori lineari sono essenziali per l’ispezione di nastri in carta, film plastico, tessuto e foglio metallico a velocità fino a diversi metri al secondo; per l’ispezione di stampati per fedeltà del colore, registro e difetti di stampa; per il controllo qualità di profilati estrusi in continuo in alluminio, plastica o gomma; per l’ispezione superficiale di grandi pannelli piani come vetro, moduli fotovoltaici e lamiere stampate, quando il pannello viene fatto scorrere davanti a una telecamera lineare fissa; per l’ispezione di oggetti cilindrici in rotazione come rulli da stampa, alberi e bottiglie, dove la rotazione del pezzo fornisce il moto relativo richiesto dalla telecamera lineare; e per qualsiasi applicazione che combini una superficie di ispezione continua con la necessità di un’alta risoluzione lungo una delle due dimensioni.
Criteri di selezione e considerazioni progettuali
La lunghezza della linea attiva deve corrispondere alla lunghezza del sensore della telecamera all’ingrandimento dell’obiettivo, con un piccolo margine a ciascuna estremità per garantire un’intensità uniforme su tutto il sensore. La larghezza della striscia sull’oggetto deve essere adeguata alla profondità di fuoco dell’obiettivo e alle eventuali variazioni della distanza di lavoro dovute alle tolleranze meccaniche della superficie ispezionata.
L’uniformità di intensità è la specifica critica degli illuminatori lineari. Anche piccole variazioni di intensità lungo la linea si traducono in strisce verticali nell’immagine ricostruita, che possono mascherare proprio i difetti che il sistema deve rilevare. Gli illuminatori lineari di qualità forniscono profili di intensità calibrati e, nelle versioni avanzate, una compensazione dei singoli canali LED controllata via software.
Il contenuto spettrale si sceglie come per qualsiasi illuminazione direzionale. Gli illuminatori lineari monocromatici nel rosso o nel vicino infrarosso sono comuni negli ambienti industriali in cui serve la reiezione della luce ambiente tramite filtri a banda stretta. Gli illuminatori lineari bianchi si usano per l’ispezione a colori con telecamera lineare di stampati e imballaggi.
Funzionamento strobato e sincronizzazione
Per le applicazioni con telecamera lineare oltre qualche migliaio di righe al secondo, gli illuminatori lineari devono supportare il funzionamento strobato sincronizzato con il clock di riga della telecamera. Ogni impulso fornisce il flusso di fotoni richiesto dalla telecamera durante l’acquisizione di una singola riga, mentre il LED riposa tra un impulso e l’altro per dissipare il calore. Questo funzionamento a duty cycle consente intensità di picco molto superiori a quanto permetterebbe il funzionamento continuo, estendendo la frequenza di riga raggiungibile senza sacrificare la qualità dell’immagine.
Integrazione e limiti
La principale difficoltà di integrazione degli illuminatori lineari è l’allineamento preciso con la linea della telecamera. Un piccolo disallineamento angolare tra la linea di luce e la linea di pixel del sensore provoca un calo di intensità a un’estremità dell’immagine e la saturazione all’altra. Le staffe di allineamento, spesso integrate nel corpo dell’illuminatore lineare, semplificano questa regolazione critica.
Gli illuminatori lineari non sono adatti alle applicazioni con telecamera matriciale, dove la striscia di luce illuminerebbe solo una piccola porzione del campo visivo del sensore. Per l’ispezione bidimensionale di pezzi fermi si devono scegliere invece illuminatori a pannello, a barra o ad anello.
Soluzioni RODER Vision per l’illuminazione LED lineare
L’illuminazione lineare per l’ispezione ad alta velocità con telecamera lineare viene tipicamente realizzata con configurazioni specializzate di illuminatori LED a barra oppure con dispositivi progettati su misura con ottiche cilindriche di focalizzazione. RODER Vision copre entrambi gli approcci con la propria famiglia di illuminatori a barra e con il servizio di progettazione di illuminatori personalizzati.
Per un’illuminazione lineare direzionale con distanza di lavoro e angolo regolabili, la famiglia Illuminatori LED a barra comprende configurazioni a matrice ad alta intensità come la Serie DL1 e la Serie DL4, utilizzabili in celle di ispezione con telecamera lineare in cui la geometria della barra corrisponde alla lunghezza del sensore.
Per illuminatori lineari dedicati con lente cilindrica, lunghezze attive molto estese, controllo dei singoli canali o un contenuto spettrale specifico per un progetto di ispezione con telecamera lineare, RODER Vision offre Illuminatori LED personalizzati progettati secondo requisiti OEM. Il funzionamento impulsato sincronizzato con il clock della telecamera lineare è supportato dai driver LED e controller elettronici del catalogo accessori RODER.