Imaging speculare on-axis per superfici piane riflettenti e marcature dirette sui pezzi
- L’angolo di incidenza nullo tramite beamsplitter a 45° fornisce il massimo ritorno speculare da superfici piane perpendicolari.
- Difetti, bordi e incisioni appaiono come dettagli scuri su un fondo speculare luminoso: ideale per DPM e marcature laser.
- Ideale per metalli lucidati, wafer di silicio, rivestimenti specchiati e altri substrati piani speculari.
- Richiede beamsplitter con trattamento antiriflesso per eliminare immagini fantasma e dispersione cromatica su tutto il campo.
- Penalizzazione di flusso di 4× intrinseca alla geometria del beamsplitter, compensata da una maggiore densità di LED o dal funzionamento impulsato.
- La sensibilità all’inclinazione della superficie è intrinseca: su oggetti non piani o tessiturati va abbinata a una sorgente frontale diffusa.
L’illuminazione coassiale, detta anche on-axis o in linea, è la configurazione di riferimento per l’ispezione di superfici piane speculari. Immettendo la luce lungo l’asse ottico della telecamera attraverso un beamsplitter semiriflettente, l’illuminazione coassiale garantisce che ogni regione di superficie perpendicolare alla telecamera restituisca la propria riflessione speculare direttamente al sensore, producendo la massima luminosità. Qualsiasi deviazione locale da questo orientamento perpendicolare, causata da un difetto, un bordo o un dettaglio inciso, devia la componente speculare lontano dal sensore e appare come una regione scura.
Principio di funzionamento dell’illuminazione coassiale
Un illuminatore coassiale integra un beamsplitter semiriflettente a 45 gradi, una matrice di LED montata lateralmente e un corpo che allinea il beamsplitter all’asse ottico della telecamera. I LED emettono orizzontalmente verso il beamsplitter, che devia metà della luce verso il basso, in direzione dell’oggetto ispezionato. La telecamera osserva l’oggetto attraverso lo stesso beamsplitter, catturando la riflessione speculare di ogni regione di superficie piana perpendicolare all’asse ottico.
L’angolo di incidenza sull’oggetto è all’incirca nullo rispetto all’asse della telecamera, il che significa che le superfici piane parallele al piano immagine della telecamera restituiscono al sensore la massima riflessione speculare. Qualsiasi scostamento da questo orientamento, dovuto a inclinazione della superficie, microdettagli o marcature incise al laser, devia la riflessione speculare lontano dal sensore e produce un dettaglio scuro nell’immagine altrimenti luminosa.
Ritorno speculare e diffuso con illuminazione coassiale
L’illuminazione coassiale separa le superfici piane speculari (che appaiono chiare) da qualsiasi dettaglio superficiale che alteri la planarità locale (che appare scuro). Questa dicotomia è particolarmente efficace per l’ispezione di metalli lucidati, wafer di silicio, rivestimenti specchiati e marcature dirette incise al laser, dove i dettagli rilevanti sono per definizione scostamenti da una superficie riflettente piana di riferimento. Quando il requisito progettuale è una diffusione coassiale, può essere preferibile una configurazione flat dome, realizzata dalla famiglia dedicata degli illuminatori LED flat dome.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione coassiale è la scelta standard per l’ispezione di marcature dirette incise al laser (DPM) su superfici metalliche piane; per la lettura di codici a punti su componenti a semiconduttore e pezzi lavorati; per il controllo qualità di superfici metalliche lucidate come lame di rasoio, strumenti chirurgici e componenti per orologeria; per l’ispezione di rivestimenti specchiati su componenti ottici e film riflettenti; per la verifica di dettagli lucidati sui circuiti stampati; per il controllo qualità di substrati in vetro e ceramica lucidati; e per qualsiasi applicazione in cui la superficie dell’oggetto sia sostanzialmente piana e speculare e i dettagli di interesse siano scostamenti da questa planarità. Gli assiemi coassiali su misura per queste applicazioni vengono progettati all’interno della gamma di illuminatori LED personalizzati.
Criteri di selezione e considerazioni progettuali
Le dimensioni dell’illuminatore coassiale devono coprire il campo visivo dell’obiettivo con un margine adeguato, per garantire un’intensità uniforme su tutto il campo di ispezione. Il beamsplitter introduce una penalizzazione di flusso di 4× (50 per cento di perdita in ciascuna direzione), che va compensata con una maggiore densità di LED o con il funzionamento strobato.
Il contenuto spettrale segue le stesse regole di qualsiasi illuminazione direzionale. Gli illuminatori coassiali monocromatici sono preferiti per l’ispezione ad alto contrasto con filtri a banda stretta, mentre le versioni bianche si usano per le ispezioni in cui il colore è critico. La lunghezza d’onda può essere scelta per ottimizzare il contrasto con il materiale dell’oggetto: luce rossa su superfici verdi, luce blu su superfici gialle e così via.
Trattamenti antiriflesso sui beamsplitter
La qualità ottica del beamsplitter è determinante per le prestazioni coassiali. Beamsplitter di bassa qualità introducono immagini fantasma (riflessioni multiple che producono immagini duplicate), dispersione cromatica (lunghezze d’onda diverse trasmesse con efficienze diverse) e disuniformità di intensità (variazioni del rapporto di divisione sull’area attiva). Gli illuminatori coassiali di grado industriale utilizzano beamsplitter con trattamento antiriflesso, che riducono al minimo questi artefatti e preservano la qualità dell’immagine su tutto il campo di ispezione.
Integrazione e limiti
Gli illuminatori coassiali occupano un volume compatto sopra l’oggetto ispezionato, il che li rende più facili da integrare delle cupole complete, ma leggermente più ingombranti degli illuminatori frontali diretti. La telecamera deve essere allineata coassialmente all’illuminatore: operazione semplice quando entrambi sono montati sulla stessa struttura di supporto, ma che richiede una regolazione attenta quando sono integrati in un sistema robotico multiasse.
Il principale limite ottico dell’illuminazione coassiale è la sensibilità all’inclinazione della superficie. Su oggetti non perfettamente perpendicolari all’asse ottico, la riflessione speculare viene deviata lontano dalla telecamera e l’immagine appare scura, indipendentemente dal fatto che la superficie sia effettivamente difettosa. Questo limite è intrinseco alla geometria e non può essere eliminato; si gestisce al meglio con un attrezzaggio accurato dell’oggetto oppure abbinando all’illuminazione coassiale una sorgente diffusa complementare. L’illuminazione coassiale è inoltre meno efficace su superfici molto tessiturate o opache, dove il segnale di ritorno dominante è diffuso anziché speculare; per questi oggetti sono preferibili configurazioni in campo chiaro o a cupola.
Illuminatori LED coassiali RODER Vision
RODER Vision progetta e produce illuminatori LED coassiali specifici per applicazione, con assiemi beamsplitter dedicati per l’ispezione con visione industriale di superfici piane speculari e marcature dirette sui pezzi.
- Geometrie coassiali con beamsplitter specifiche per applicazione — Illuminatori LED personalizzati
- Alternativa coassiale diffusa e compatta per spazi di integrazione ridotti — Illuminatori LED flat dome
- Sorgenti ad anello in campo chiaro complementari per geometrie combinate — Illuminatori LED ad anello
Per il funzionamento coassiale impulsato e sincronizzato su linee di ispezione ad alta velocità, il catalogo RODER comprende driver LED e controller elettronici dedicati, compatibili con i controllori di visione artificiale industriali e i PLC.