Retroilluminazione Illuminazione

La retroilluminazione è una delle tecniche più antiche e affidabili della visione artificiale. Collocando la sorgente LED dietro l’oggetto ispezionato e acquisendo la silhouette dal lato opposto, l’immagine risultante isola il contorno geometrico del pezzo con il massimo contrasto e la minima dipendenza da finitura superficiale, colore del materiale o variazioni della luce ambiente. È la tecnica d’elezione ogni volta che l’attività di ispezione può essere ricondotta all’analisi del contorno esterno o interno di un oggetto. Questa pagina è il riferimento tecnico per la geometria di retroilluminazione e il punto di accesso alle famiglie di prodotti di retroilluminazione RODER Vision e alle applicazioni in cui vengono impiegate.

Principio di funzionamento del Retroilluminatore

In una configurazione in retroilluminazione, l’illuminatore a LED si trova sul lato opposto dell’oggetto rispetto alla telecamera. La luce viaggia dal pannello verso l’alto o lateralmente, a seconda dell’orientamento del sistema.

La luce si comporta in modo diverso a seconda dell’oggetto:

• Oggetti opachi: la luce passa attorno a essi per produrre una silhouette nitida.
• Oggetti traslucidi e transparenti: la luce passa attraverso di essi. Questo rivela difetti interni e materiale intrappolato.

La telecamera rileva solo i fotoni che raggiungono il suo sensore. Questo genera un contrasto di tipo binario tra uno sfondo chiaro e un oggetto scuro. Di conseguenza, questo alto contrasto semplifica drasticamente la successiva elaborazione dell’immagine.

Vantaggi e robustezza

Il contrasto in retroilluminazione dipende quasi interamente dall’occlusione geometrica. Non si basa sulle proprietà ottiche della superficie dell’oggetto.

Per questo motivo, le immagini in retroilluminazione sono notevolmente insensibili a diversi elementi di disturbo visivo comuni:

• Colore del materiale e finitura superficiale.
• Contaminazione superficiale.
• Illuminazione ambientale.

Questa estrema robustezza è inestimabile per le applicazioni industriali. È il motivo principale per cui la retroilluminazione rimane la tecnica dominante per la misura dimensionale di alta precisione. Questo vale nonostante la disponibilità di approcci più sofisticati.

Retroilluminazione diffusa e collimata

Nella pratica industriale coesistono due famiglie di retroilluminatori. I retroilluminatori diffusi emettono luce su un ampio intervallo angolare e offrono un’illuminazione tollerante per pezzi non perfettamente allineati all’asse ottico, ma i loro bordi nell’immagine della telecamera presentano un lieve alone dovuto ai raggi che sfiorano l’oggetto. I retroilluminatori collimati, detti anche telecentrici, emettono luce solo entro un intervallo angolare ristretto e parallelo all’asse ottico, producendo bordi con nitidezza sub-pixel, adatti alle applicazioni di misura dimensionale più esigenti. La scelta fra i due dipende soprattutto dall’accuratezza di misura richiesta e dalla profondità dell’oggetto ispezionato. Per configurazioni in luce trasmessa collimata, consultate la guida dedicata Retroilluminazione telecentrica.

Applicazioni industriali tipiche

L’illuminazione in retroilluminazione è la scelta dominante per molte attività di ispezione industriale. È altamente efficace per le seguenti applicazioni:

• Misura dimensionale: misura pezzi in metallo stampato e componenti in plastica stampati a iniezione. Viene utilizzata anche per elementi di fissaggio lavorati e particolari torniti.
• Ispezione di fori e asole: questo metodo controlla le aree in cui la geometria delle caratteristiche passanti deve essere misurata accuratamente.
• Verifica dei componenti: verifica la presenza o l’assenza di piccoli componenti su assiemi.
• Conteggio su nastro trasportatore: conta pillole, capsule e oggetti discreti che si muovono su nastri trasportatori.
• Ispezione di bottiglie: ispeziona bottiglie trasparenti per livelli di riempimento, oggetti estranei e bolle.
• Packaging farmaceutico: esegue l’ispezione del profilo di tubi di vetro, siringhe e fiale.

In generale, si adatta a qualsiasi attività che richieda una segmentazione robusta basata sulla silhouette. Questo approccio rimane completamente immune alle variazioni sulla superficie frontale dell’oggetto.

Ispezione farmaceutica e alimentare

Nell’ispezione dei blister farmaceutici, una retroilluminazione diffusa posta sotto il blister combinata con una telecamera montata in alto consente di rilevare in modo affidabile compresse mancanti, compresse rotte e capsule non correttamente inserite. Nel settore dell’imballaggio di alimenti e bevande, l’ispezione in controluce di bottiglie di vetro riempite può rilevare deviazioni del livello di riempimento, contaminazione da particolato e colli danneggiati con tempi di ciclo compatibili con le linee di produzione ad alta velocità.

Criteri di selezione e considerazioni progettuali

La scelta di una retroilluminazione inizia dalle dimensioni dell’oggetto ispezionato. L’area di emissione attiva del pannello deve superare la dimensione maggiore dell’oggetto di un margine sufficiente a mantenere la nitidezza dei bordi nell’intero campo di vista. L’uniformità dell’intensità su tutto il pannello determina la coerenza delle misurazioni in posizioni diverse; i retroilluminatori ad alta uniformità sono essenziali per qualsiasi applicazione che richieda una metrologia quantitativa.

Il contenuto spettrale è la seconda decisione. I retroilluminatori monocromatici rossi o verdi riducono al minimo l’aberrazione cromatica dell’obiettivo e consentono il filtraggio a banda stretta della telecamera, mentre i retroilluminatori bianchi forniscono un Imaging a Silhouette neutro quando l’immagine della sagoma deve essere combinata con una sovrapposizione di colori o quando è necessario ispezionare diverse parti di colore sconosciuto sulla stessa stazione.

Per le linee ad alta velocità, la retroilluminazione deve supportare il funzionamento a impulsi sincronizzato con l’esposizione della telecamera, congelando il movimento in microsecondi ed evitando la sfocatura dell’immagine. Il funzionamento continuo è adatto solo per obiettivi stazionari o in lento movimento, dove sono accettabili tempi di esposizione di alcuni millisecondi.

Integrazione e limiti

Il principale vincolo meccanico della retroilluminazione è la necessità di liberare il percorso ottico sotto o dietro l’oggetto, il che può essere incompatibile con strutture di trasporto, attrezzature o pinze. Gli integratori di Sistema risolvono spesso questo problema con supporti trasparenti, aperture nei nastri trasportatori o sistemi di movimentazione rotanti che presentano ogni pezzo alla retroilluminazione a turno.

Un secondo limite è che l’illuminazione in controluce rivela solo la silhouette dell’oggetto: le caratteristiche della superficie, come i segni di stampa, i graffi e la struttura, rimangono invisibili. Quando è necessario ispezionare sia i contorni che le superfici, la retroilluminazione deve essere combinata con una fonte di illuminazione frontale, alternata nel tempo o separata nella lunghezza d’onda in modo che le due immagini possano essere acquisite in un unico ciclo.

Famiglie di prodotti di retroilluminazione a LED di RODER Vision

RODER Vision progetta e produce una linea completa di retroilluminatori a LED in Italia. Organizzata in cinque famiglie di prodotti che coprono l’intera gamma di requisiti di ispezione in trasmissione, dai pannelli compatti ad alta uniformità alle configurazioni modulari di grande formato e specifiche per applicazioni con lavaggio. Ogni famiglia è progettata per un’emissione ad alta uniformità, un controllo stabile della corrente e una gestione termica industriale. Sfoglia l’intero portafoglio nella pagina della famiglia dei retroilluminatori a LED o confronta le cinque serie seguenti.

Per le linee di ispezione ad alta velocità che richiedono un funzionamento sincronizzato a impulsi o stroboscopico, il catalogo RODER comprende anche driver LED e controllori elettronici dedicati, nonché cavi industriali e sistemi di fissaggio progettati per l’integrazione diretta con sistemi di Visione Artificiale e PLC.

L’illuminazione in retroilluminazione nelle applicazioni reali

Le seguenti note applicative mostrano come i retroilluminatori di RODER Vision vengono distribuiti su linee di produzione reali, con la logica di selezione alla base di ogni configurazione.