La tecnica di illuminazione è una delle scelte più importanti nella progettazione di un sistema di visione artificiale. La scelta tra illuminazione diretta e diffusa determina quali caratteristiche della superficie sono visibili, quali difetti sono rilevabili e se l’immagine presenta un contrasto sufficiente per garantire prestazioni affidabili dell’algoritmo.
L’illuminazione diretta e quella diffusa non sono solo due impostazioni di luminosità. Sono modi fondamentalmente diversi di dirigere la luce su una superficie. Ognuna si basa su fenomeni ottici diversi e ciascuna rivela categorie diverse di informazioni sulla superficie. Una solida comprensione di entrambe è essenziale per qualsiasi ingegnere che progetti una cella di ispezione con visione artificiale.
1. Principi dell’illuminazione diretta
L’illuminazione diretta punta la luce sull’oggetto da un angolo definito o da una serie di angoli. La luce viaggia in una direzione controllata e colpisce la superficie con un angolo di incidenza specifico. La telecamera cattura la luce che viene riflessa in modo speculare o diffusa dalla superficie, a seconda della finitura di quest’ultima.
Su una superficie liscia e riflettente, l’Illuminazione Diretta con un angolo controllato produce un riflesso speculare luminoso e nitido. Se la superficie è perfettamente piana e l’angolo di illuminazione è regolato correttamente, l’intera superficie appare uniformemente luminosa. Qualsiasi imperfezione rispetto alla planarità — un graffio, un’ammaccatura, una sbavatura in rilievo — devia la luce riflessa lontano dalla telecamera, creando un’area scura sullo sfondo luminoso. Questo è il principio alla base dell’Illuminazione Diretta in campo chiaro per l’ispezione delle superfici piane.
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Illuminazione Diretta in campo oscuro
Quando si modifica l’angolo di illuminazione in modo che il riflesso speculare non entri nell’obiettivo della fotocamera, la superficie liscia appare scura. Solo le caratteristiche della superficie che diffondono la luce — graffi, particelle, bordi in rilievo, variazioni di texture — appaiono luminose sullo sfondo scuro. Questa è l’illuminazione in campo oscuro.
L’illuminazione in campo oscuro trova applicazione nell’ispezione di wafer semiconduttori, nel Controllo Qualità dei componenti ottici e nell’individuazione di piccoli graffi superficiali su parti metalliche e in plastica. L’inversione del contrasto rispetto al campo chiaro — i difetti appaiono chiari anziché scuri — rappresenta un vantaggio fondamentale quando l’area del difetto è piccola rispetto alla superficie totale.
Illuminazione Diretta coassiale
L’illuminazione coassiale è una forma specifica di Illuminazione Diretta in cui la luce viaggia lungo l’asse ottico della telecamera attraverso un divisore di fascio. Il riflesso speculare proveniente da una superficie piana e perpendicolare ritorna lungo l’asse ottico ed entra nella telecamera, risultando uniformemente luminoso. Le superfici inclinate o curve riflettono la luce lontano dall’asse e risultano scure.
L’illuminazione coassiale è la tecnica ideale per ispezionare superfici piane e altamente riflettenti, come i pad dei circuiti stampati, i componenti metallici lucidati e le superfici in vetro. Elimina gli artefatti d’ombra causati dall’illuminazione diretta fuori asse e rende visibili le variazioni di altezza della superficie sotto forma di transizioni di luminosità.
2. Principi dell’illuminazione diffusa
L’illuminazione diffusa illumina l’oggetto da un ampio angolo solido, cioè da molte direzioni contemporaneamente anziché da un’unica direzione definita. La luce raggiunge la superficie da tutte le angolazioni all’interno dell’emisfero illuminato. Su una superficie opaca, questo garantisce un’illuminazione uniforme indipendentemente dall’orientamento della superficie o dalla sua curvatura locale.
La caratteristica principale dell’Illuminazione Diffusa è che non dipende dall’orientamento della superficie. Un pezzo curvo, un assemblaggio tridimensionale o una superficie con una geometria complessa vengono illuminati in modo uniforme. Non ci sono ombre dovute al rilievo della superficie, né punti luminosi speculari, né zone scure causate da sfaccettature della superficie che riflettono la luce in direzione opposta alla fotocamera.
Illuminazione della cupola
L’illuminatore a cupola è lo strumento standard per l’illuminazione diffusa nella Visione Artificiale. Una cupola semisferica o piatta è rivestita internamente con un materiale bianco altamente diffusivo. I LED illuminano l’interno della cupola e l’oggetto si trova all’apertura, illuminato dalla luce proveniente dall’intera superficie interna della cupola.
L’illuminazione a cupola è ideale per oggetti riflettenti in cui l’illuminazione diretta causerebbe un abbagliamento inaccettabile: confezioni di cosmetici, finiture automobilistiche, componenti elettronici e gioielli. È adatta a qualsiasi applicazione in cui la superficie abbia una curvatura variabile e debba essere ispezionata in modo uniforme.
Illuminazione a cupola piatta
L’illuminatore a cupola piatta è una variante dal profilo più basso che offre un’illuminazione diffusa attraverso un’apertura frontale piatta. È ideale per le postazioni di ispezione in cui lo spazio per il montaggio è limitato o dove l’oggetto è troppo grande per essere racchiuso in una cupola standard.
Gli illuminatori a cupola piatta della serie FD di Roder Vision sono progettati per applicazioni che richiedono un’Illuminazione Diffusa di alta qualità in un formato piatto e a basso profilo. Sono disponibili in diverse dimensioni per coprire campi di vista che vanno dai componenti di piccole dimensioni ai grandi gruppi.
3. Tabella di riferimento: quando scegliere ciascuna tecnica
La scelta tra Illuminazione Diretta e Illuminazione Diffusa dipende dalle caratteristiche della superficie dell’oggetto e dalla natura dell’operazione di ispezione. Lo schema qui sotto illustra gli scenari di ispezione più comuni.
Superfici piane riflettenti: PCB, metallo, vetro
Le superfici piatte e riflettenti si ispezionano al meglio con l’illuminazione diretta coassiale. Per il Rilevamento Difetti Superficiali come graffi e cavità, l’illuminazione diretta a campo scuro con angolo ridotto è più sensibile di qualsiasi tecnica diffusa. L’illuminazione a cupola produce un’immagine uniforme sulle superfici piatte e riflettenti, ma di solito offre un contrasto inferiore per individuare piccoli difetti superficiali.
Componenti tridimensionali e curvi
I componenti con una geometria tridimensionale complessa o una curvatura variabile si illuminano al meglio con tecniche diffuse. L’illuminazione a cupola o a cupola piatta elimina le ombre e i riflessi che l’illuminazione diretta crea sulle superfici curve. Questo è l’approccio preferito per i componenti in plastica stampata, i pezzi in metallo fuso e gli assemblaggi in cui la direzione normale della superficie cambia notevolmente nel Campo di Vista.
Ispezione di Etichette, stampe e codici a barre
La lettura delle etichette, l’OCR (Riconoscimento Ottico dei Caratteri) e la lettura di codici a barre utilizzano solitamente un’illuminazione diretta con un angolo controllato per aumentare il più possibile il contrasto tra l’inchiostro stampato e il substrato dell’etichetta. Sulle etichette lucide, l’illuminazione a basso angolo o polarizzata riduce i riflessi speculari dalla superficie del supporto. Sulle etichette opache, di solito basta un’Illuminazione Diretta frontale con un angolo moderato.
Struttura superficiale e rilevamento difetti superficiali
Le caratteristiche in rilievo e il rilievo superficiale si notano meglio con un’illuminazione diretta a basso angolo, dove le ombre ne aumentano la visibilità. I difetti di colore o di contaminazione su superfici dalla geometria complessa si notano meglio con un’illuminazione diffusa, dove la geometria della superficie non interferisce con la misurazione dell’uniformità del colore.
4. Prodotti Roder Vision per ogni approccio
Roder Vision produce famiglie di illuminatori pensati sia per l’Illuminazione Diretta che per l’Illuminazione Diffusa. Le quattro famiglie riportate di seguito rappresentano le soluzioni più rappresentative per ciascun approccio.
Prodotti e tecnologie
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Illuminazione Diretta per superfici piane, Ispezione di Etichette e Lettura di Codici a Barre. Elevata intensità in modalità stroboscopica. Stabilità termica HTTM. Multilunghezza d’onda.
DC6 — High Density LED Ring
Illuminazione ad anello diretta quasi coassiale per l’ispezione di superfici piane, la verifica della qualità di stampa e dei componenti dei circuiti stampati. Compatta e a lunghezze d’onda multiple.
FD2 – Illuminatori LED a cupola piatta
Illuminazione Diffusa per pezzi riflettenti, curvi o con geometria complessa. Illuminazione senza ombre. Elimina i riflessi speculari. Disponibile in diverse dimensioni.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
Illuminazione Diretta ad alta intensità per tecniche a campo oscuro e a campo chiaro. Intensità di picco molto elevata in modalità stroboscopica per l’ispezione di superfici ad alta velocità.
Domande frequenti
L’illuminazione diretta è preferibile per il rilevamento di difetti superficiali su superfici piane, l’ispezione coassiale di superfici altamente riflettenti come i pad dei circuiti stampati o il metallo lucidato, il rilevamento di graffi in campo scuro e le applicazioni con codici a barre o OCR, dove un angolo di illuminazione ben definito massimizza il contrasto della stampa.
L’illuminazione diffusa è ideale per geometrie tridimensionali complesse, superfici curve e parti altamente riflettenti, dove l’illuminazione diretta creerebbe ombre inaccettabili o punti luminosi speculari. Tra le applicazioni tipiche ci sono gli imballaggi dei cosmetici, l’ispezione di componenti fusi e stampati e gli assemblaggi complessi.
Sì. Gli illuminatori vengono attivati in modo indipendente dal controller del Sistema di Visione. Una cupola piatta fornisce un’illuminazione diffusa per un’operazione, mentre un illuminatore ad anello fornisce un’illuminazione diretta per un’altra, ed entrambi servono la stessa stazione di ripresa.
La tecnica del campo oscuro utilizza un’Illuminazione Diretta con angolo molto ridotto. La superficie liscia appare scura, mentre le caratteristiche superficiali che diffondono la luce, come graffi, particelle e spigoli sporgenti, appaiono chiare. Viene usata per individuare piccoli difetti superficiali su pezzi lucidati, dove il contrasto con l’illuminazione tradizionale è troppo basso.
No. La scelta della lunghezza d’onda è indipendente dalla scelta tra illuminazione diretta e diffusa. Le lunghezze d’onda NIR (Vicino Infrarosso) riescono a ridurre i riflessi speculari sulle superfici in plastica, mentre quelle UV aumentano la visibilità delle impurità e dei materiali fluorescenti. Entrambe si applicano allo stesso modo sia alle geometrie di illuminazione diretta che a quelle diffuse.
Contatti e informazioni
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