Selezione della giusta lunghezza d’onda e configurazione spettrale per la visione industriale
- La selezione della lunghezza d’onda genera un contrasto sfruttando la riflettanza e l’assorbimento spettrale di ogni materiale presente nella scena.
- La luce bianca serve per le ispezioni critiche sul colore; la luce monocromatica massimizza il contrasto sulle caratteristiche colorate grazie all’accoppiamento ruota-colore.
- Il vicino infrarosso (850/940 nm) penetra nelle plastiche e attenua la luce ambiente grazie al filtro passa-banda montato sulla telecamera.
- L’ultravioletto (365/395 nm) eccita la fluorescenza di adesivi, marchi di sicurezza e contaminanti superficiali.
- SWIR (Infrarosso a onde corte) trasmette attraverso il silicio e le plastiche scure; richiede sensori InGaAs.
- Le configurazioni multispettrali e commutabili RGB consentono di adattare la lunghezza d’onda in tempo reale e di discriminare i materiali.
Il contenuto spettrale di un illuminatore interagisce con la riflettanza e l’assorbimento spettrale di ogni materiale presente nella scena, generando un contrasto che sarebbe invisibile con un’illuminazione a banda Larga. La selezione della giusta lunghezza d’onda, a banda stretta o larga, monocromatica o multispettrale, è quindi uno degli strumenti più potenti a disposizione del tecnico della visione. La selezione della lunghezza d’onda influisce anche sulla profondità di campo, sull’aberrazione cromatica dell’obiettivo, sull’immunità alla luce ambientale e sulla risposta del sensore della telecamera nelle gamme del visibile, del vicino infrarosso e dell’ultravioletto.
La lunghezza d’onda come strumento di ingegneria del contrasto
I materiali riflettono e assorbono la luce in modo diverso a seconda della lunghezza d’onda. Un pigmento che appare verde all’occhio umano assorbe fortemente nel rosso e nel blu e riflette nel verde; lo stesso pigmento sotto l’illuminazione rossa appare scuro, mentre sotto l’illuminazione verde appare luminoso. Questa riflettanza dipendente dalla lunghezza d’onda permette all’ingegnere della visione di generare un contrasto tra elementi di colore simile che sarebbero indistinguibili alla luce bianca.
Il principio si estende ben oltre il visibile. Molte materie plastiche che appaiono opache nello spettro visibile diventano trasparenti sotto l’illuminazione a infrarossi, consentendo l’ispezione delle caratteristiche interne. Molti adesivi, che appaiono incolori alla luce visibile, fluorescono intensamente all’eccitazione ultravioletta, consentendo di rilevare i difetti di incollaggio e sigillatura. La selezione della lunghezza d’onda espande efficacemente lo spazio dimensionale in cui opera un sistema di visione, fornendo gradi di libertà che nessun altro parametro di illuminazione può eguagliare.
Configurazioni spettrali trattate in questa sezione
Luce bianca
L’illuminazione LED bianca fornisce un’emissione visibile a banda larga adatta all’ispezione cromatica, all’imaging generale e alle applicazioni che richiedono una resa naturale del colore dell’oggetto ispezionato. I LED bianchi sono disponibili in diverse temperature di colore (freddo, neutro, caldo) per adattarsi all’applicazione desiderata. L’illuminazione LED bianca standard è disponibile in tutti i portafogli di illuminatori LED ad anello, illuminatori LED a barra e illuminatori LED a pannello.
Luce monocromatica colorata
L’illuminazione LED monocromatica rossa, verde, blu o ambra genera un contrasto selettivo sfruttando la riflettanza spettrale degli oggetti colorati. Un illuminatore monocromatico alla giusta lunghezza d’onda può produrre un contrasto su elementi colorati impossibile da ottenere con la luce bianca.
Illuminazione a infrarossi (IR)
L’illuminazione LED nel vicino infrarosso a 850 nm e 940 nm penetra in molti materiali plastici, riduce l’influenza della luce visibile ambientale grazie al filtraggio a banda stretta e fornisce un’illuminazione invariante su bersagli colorati che apparirebbero diversi alla luce visibile.
Illuminazione ultravioletta (UV)
L’illuminazione LED ultravioletta a 365 nm e 395 nm eccita la fluorescenza di adesivi, marchi di sicurezza, rivestimenti superficiali e contaminanti, consentendo l’ispezione di caratteristiche invisibili all’occhio umano con l’illuminazione standard. Le geometrie specifiche per i raggi UV sono tipicamente progettate all’interno del portafoglio di illuminatori LED personalizzati.
Infrarosso a onde corte (SWIR)
L’illuminazione nell’infrarosso a onde corte, tra 900 nm e 1700 nm circa, consente l’ispezione attraverso materiali opachi alla luce visibile, come i wafer di silicio, le plastiche scure e i prodotti confezionati con strati esterni non trasparenti.
Illuminazione multispettrale e iperspettrale
Gli illuminatori multispettrali combinano più lunghezze d’onda discrete in un unico apparecchio, consentendo l’acquisizione di immagini sequenziali o simultanee in diverse bande per la discriminazione dei materiali, la caratterizzazione dei difetti e l’analisi chimico-fisica.
Illuminazione RGB commutabile
Gli illuminatori RGB integrano nello stesso apparecchio LED rossi, verdi e blu pilotati in modo indipendente, consentendo di selezionare dinamicamente la lunghezza d’onda di ispezione durante l’esecuzione per ottimizzare il contrasto su bersagli diversi.
Sensibilità del sensore e selezione della lunghezza d’onda
La scelta della lunghezza d’onda deve sempre tenere conto della sensibilità spettrale del sensore della fotocamera. I sensori CMOS e CCD in genere raggiungono il picco intorno ai 500-600 nm nella gamma del visibile e diminuiscono rapidamente al di sopra dei 900 nm. L’uso dell’illuminazione a infrarossi oltre i 900 nm richiede quindi un’attenta considerazione della reattività del sensore e del tempo di esposizione. I sensori specializzati (NIR potenziati al silicio, InGaAs per SWIR, UV potenziati per sub-400 nm) estendono la gamma spettrale utilizzabile a costi più elevati.
È necessario considerare anche l’obiettivo. Le lenti standard per la visione artificiale sono corrette per lo spettro visibile e possono presentare un’aberrazione cromatica significativa al di fuori di questo intervallo. Per le applicazioni NIR (Vicino infrarosso) ad alte prestazioni sono necessarie lenti ottimizzate per la gamma 400-1000 nm. Le lenti al quarzo o in silice fusa di grado UV sono necessarie per l’illuminatore sotto i 400 nm, dove le lenti in vetro standard diventano assorbenti.
Combinazione della lunghezza d’onda con altri parametri
La lunghezza d’onda interagisce con tutti gli altri parametri dell’illuminazione: geometria, diffusione, angolo di incidenza e modalità operativa. L’illuminatore monocromatico è più facile da collimare rispetto al bianco perché non c’è dispersione cromatica nelle ottiche di collimazione. L’illuminazione a banda stretta attraverso filtri passa-banda sulla telecamera fornisce un’efficace Reiezione della Luce Ambiente, essenziale per le installazioni vicino alle finestre o in presenza di illuminazione variabile. L’illuminazione monocromatica pulsata ad alta densità di potenza fornisce il flusso di fotoni necessario per le ispezioni ad alta velocità.
Le pagine dedicate in questa sezione esaminano in dettaglio ogni configurazione spettrale, compresa l’interazione tra i materiali, la compatibilità con i sensori, i requisiti dei filtri e i casi d’uso industriali tipici che sfruttano le caratteristiche uniche di ciascuna lunghezza d’onda.
Illuminatori LED di RODER Vision
RODER Vision produce illuminatori LED in tutta la gamma spettrale industriale, con varianti standard bianche, monocromatiche e vicino infrarossi disponibili in tutto il portafoglio di geometrie, e configurazioni UV, SWIR (Infrarosso a onde) e multispettrali specifiche per le applicazioni, progettate su richiesta.
- Geometrie di anelli bianchi, monocromatici e NIR – illuminatori LED ad anello
- Configurazioni lineari nelle lunghezze d’onda del visibile e del NIR (vicino infrarosso) – Illuminatori LED a barra
- Geometrie a pannello nelle varianti bianca, monocromatica e NIR – Illuminatori LED a pannello
- Sorgenti direzionali compatte per applicazioni UV, monocromatiche e multicanale – illuminatori LED spot
- Gruppi commutabili UV, SWIR (Infrarosso a onde corte), multispettrali e RGB specifici per ogni applicazione – illuminatori LED personalizzati
Per l’ispezione multispettrale e a impulsi con commutazione di lunghezza d’onda, il catalogo RODER include driver LED dedicati e controller elettronici con controllo indipendente dei canali, compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.