Illuminazione pulsata sincronizzata per l’ispezione ad alta velocità con congelamento del movimento
- Brevi impulsi LED sincronizzati con l’esposizione della telecamera forniscono il flusso di fotoni di picco solo durante la finestra di integrazione.
- Larghezze d’impulso da decine a centinaia di microsecondi restano ben al di sotto della costante di tempo termica (dell’ordine del millisecondo) della giunzione LED.
- Ideale per nastri trasportatori ad alta velocità, stampa a bobina, linee di riempimento, lettura di codici e ispezione di stampati oltre 100 pezzi/s.
- Corrente di picco pari o moderatamente superiore al valore nominale continuo con duty cycle tipicamente inferiori al 10%.
- La compensazione programmabile del ritardo di cavo allinea l’impulso LED all’esposizione della telecamera entro pochi microsecondi.
- Cablaggio schermato conforme EMC necessario per gestire le emissioni radiate e condotte ad alto di/dt.
Il funzionamento strobato sincronizza brevi impulsi LED ad alta intensità con l’esposizione della telecamera, fornendo un flusso di fotoni di picco durante la finestra di integrazione e una corrente di riposo al di fuori di essa. Questa modalità operativa è il cavallo di battaglia della visione artificiale ad alta velocità, in quanto consente di congelare il movimento in pochi microsecondi mantenendo la dissipazione media di energia sufficientemente bassa per una gestione termica passiva compatta. Il funzionamento strobato può moltiplicare la luminosità effettiva dell’immagine per un fattore da due a cinque rispetto al funzionamento continuo alla stessa potenza media.
Principio di funzionamento strobato
Un driver LED strobato fornisce una corrente pulsata all’array di LED, sincronizzata con un segnale di trigger esterno che definisce l’inizio e la durata di ogni impulso. Durante l’impulso, la corrente del LED raggiunge il suo valore di picco, che può essere pari o leggermente superiore al valore nominale continuo a seconda del duty cycle. Tra un impulso e l’altro, il LED rimane a corrente zero o a una bassa corrente di standby che può essere utilizzata per l’allineamento. La generazione degli impulsi e la sincronizzazione del trigger sono garantite dai driver LED e dai controllori elettronici dedicati presenti nel catalogo RODER.
L’intensità di picco durante l’impulso è significativamente più alta dell’intensità media che lo stesso LED potrebbe sostenere in modo continuo, perché la costante di tempo termica della giunzione del LED è tipicamente nell’ordine dei millisecondi, mentre la durata dell’impulso nello strobing industriale è tipicamente di decine o centinaia di microsecondi. La giunzione del LED non ha quindi il tempo di riscaldarsi durante l’impulso e la potenza media rimane bassa perché il ciclo di funzionamento è in genere inferiore al 10%.
Larghezza d’impulso, duty cycle e corrente di picco
I tre parametri principali del funzionamento strobato sono l’larghezza dell’impulso, il duty cycle e la corrente di picco. L’larghezza dell’impulso determina la finestra di esposizione e deve corrispondere al tempo di esposizione della telecamera. Il duty cycle è il rapporto tra la larghezza dell’impulso e l’intervallo di ripetizione e determina la potenza media dissipata. La corrente di picco determina l’intensità di picco e deve essere specificata all’interno dell’area operativa sicura definita dal produttore del LED per la larghezza dell’impulso e il duty cycle scelti.
Applicazioni industriali tipiche
Il funzionamento strobato è la scelta standard per l’ispezione di nastri trasportatori ad alta velocità, dove i pezzi passano attraverso il campo di vista a centinaia o migliaia di unità al minuto; l’ispezione della qualità di stampa su macchine da stampa a bobina che operano a diversi metri al secondo; la verifica di bottiglie, lattine e contenitori su linee di riempimento a centinaia di unità al minuto; la lettura di codici su prodotti in movimento nella logistica e nell’imballaggio; il controllo di qualità di parti metalliche stampate e di componenti elettronici nella produzione di grandi volumi; l’Ispezione su nastro trasportatore ad alta velocità di carta, film e tessuti; e qualsiasi applicazione che richieda la combinazione di tempi di esposizione brevi per il congelamento del movimento e di un adeguato rapporto segnale/rumore della telecamera. Le varianti strobato sono disponibili nelle famiglie di Illuminatori LED ad anello, Illuminatori LED a barra e Illuminatori LED a pannello.
Criteri di selezione e considerazioni progettuali
L’larghezza dell’impulso viene selezionata in modo da corrispondere al tempo di esposizione della telecamera, che a sua volta dipende dalla massima sfocatura di movimento consentita sul bersaglio ispezionato. Per una sfocatura di movimento inferiore a un pixel, la larghezza dell’impulso deve essere inferiore al tempo impiegato dal bersaglio per avanzare di un pixel alla velocità del trasportatore.
La corrente di picco viene selezionata all’interno dell’area di funzionamento sicura indicata dal produttore del LED, tenendo conto dell’larghezza dell’impulso e del ciclo di funzionamento. Il funzionamento conservativo alla corrente continua nominale, pulsata per brevi periodi, garantisce un funzionamento affidabile con un rischio minimo per la durata del LED. Correnti di picco più elevate portano al funzionamento in overdrive, che viene trattato in una sezione dedicata.
L’architettura di sincronizzazione deve allineare l’impulso del LED con l’esposizione della telecamera entro microsecondi. I driver strobati di livello industriale specificano il ritardo di propagazione dall’ingresso del trigger all’aumento di corrente del LED e forniscono una compensazione programmabile per allineare l’impulso alla finestra di esposizione.
Compatibilità elettromagnetica
Il funzionamento strobato comporta correnti di picco elevate con transizioni veloci, che generano interferenze elettromagnetiche. I driver strobed di livello industriale includono un filtro per ridurre le emissioni condotte e il cablaggio tra il driver e il gruppo di LED deve essere corto e schermato per ridurre al minimo le emissioni irradiate. Il catalogo di cavi e sistemi di fissaggio RODER include cablaggi schermati progettati per installazioni strobathe per garantire la conformità agli standard di compatibilità elettromagnetica negli ambienti industriali.
Integrazione e limiti
Il funzionamento strobato richiede un segnale di sincronizzazione dal controller di visione o dalla telecamera, che deve essere collegato all’ingresso di attivazione del Driver LED. La maggior parte delle moderne telecamere industriali dispone di un’uscita strobata specificamente progettata per questo scopo e la maggior parte dei controller di visione supporta il controllo strobato dei LED come caratteristica standard.
Il limite principale del funzionamento strobato è il requisito della sincronizzazione, che aggiunge complessità all’integrazione del sistema e richiede un’attenta gestione dei ritardi dei cavi e dei tempi di attivazione. Il funzionamento strobato è inoltre meno efficace per le applicazioni in cui l’ispezione viene eseguita in modalità free-running senza un chiaro evento di attivazione, come ad esempio l’ispezione continua del nastro in alcune configurazioni.
L’altra considerazione riguarda la velocità massima di ripetizione, che è limitata dal tempo di recupero termico della giunzione del LED e dalla capacità di raffreddamento del dissipatore di Calore. La maggior parte degli illuminatori strobati industriali supporta velocità di ripetizione fino a diverse migliaia di impulsi al secondo, che sono sufficienti per qualsiasi applicazione pratica di visione artificiale.
Illuminatori LED strobati e driver RODER Vision
RODER Vision produce illuminatori LED e driver strobati abbinati per l’ispezione industriale ad alta velocità, con controllo degli impulsi sincronizzato al trigger e alimentazione conforme EMC su tutta la gamma di geometrie.
- Geometrie ad anello strobate per l’ispezione su nastri trasportatori ad alta velocità — Illuminatori LED ad anello
- Configurazioni lineari strobate per l’ispezione di bobine e stampati — Illuminatori LED a barra
- Geometrie a pannello strobate per ispezioni di grande area con congelamento del movimento — Illuminatori LED a pannello
- Driver strobati sincronizzati al trigger con compensazione programmabile del ritardo — Driver LED e controller elettronici
Le installazioni strobate richiedono un cablaggio schermato a basso ritardo — il catalogo RODER comprende cavi e sistemi di fissaggio di livello industriale progettati per ambienti ad alto di/dt e per la conformità EMC.