L’ispezione di materiale in nastro comprende un’ampia famiglia di attività di controllo qualità industriale in cui un materiale in movimento continuo — film, carta, fogli metallici, tessuti navetta, non tessuti, substrati rivestiti o nastri stampati — viene controllato alla massima velocità di produzione. L’obiettivo è individuare difetti superficiali, errori di stampa, variazioni di rivestimento e contaminazioni prima che il materiale venga avvolto o convertito nel prodotto finito. Rilevare i difetti in linea elimina il costo del passaggio del materiale difettoso nelle operazioni successive ed evita che un prodotto difettoso raggiunga il cliente.
Le telecamere line-scan rappresentano la soluzione di acquisizione dell’immagine standard per l’ispezione di materiale in nastro. Una telecamera line-scan acquisisce una linea del nastro per ogni ciclo di esposizione, componendo un’immagine bidimensionale della superficie del nastro mentre il materiale scorre davanti alla telecamera. L’illuminazione per le telecamere line-scan deve erogare un’intensità elevata e uniforme lungo l’intera larghezza del nastro, in una linea stretta allineata con precisione con il campo visivo della telecamera. Gli illuminatori lineari a LED costituiscono la sorgente preferita in questo ambito. Offrono un’elevata intensità in un fascio stretto, un’emissione luminosa stabile su lunghi cicli di lavoro continuo e un controllo preciso della geometria di illuminazione.
Requisiti per l’Illuminazione della Telecamera Line Scan
Le telecamere line-scan funzionano a frequenze di linea da pochi kilohertz fino a oltre 100 kHz nelle applicazioni ad alta velocità. L’esposizione di ciascuna linea è corrispondentemente breve: a una frequenza di linea di 50 kHz, ogni linea viene esposta per 20 microsecondi; a 100 kHz, per 10 microsecondi. L’illuminazione deve apportare al sensore un numero sufficiente di fotoni durante tale breve esposizione per raggiungere il livello di grigio target nell’immagine.
Per un nastro che si muove a 300 m/min (5 m/s) con una risoluzione della telecamera di 0,1 mm per pixel, la frequenza di linea necessaria per evitare l’allungamento del pixel nella direzione del nastro è di 50.000 linee al secondo. L’esposizione di 20 microsecondi a questa frequenza di linea riduce il tempo di integrazione disponibile a una piccolissima frazione di millisecondo. L’intensità di illuminazione richiesta per raggiungere livelli di grigio adeguati a questi brevi tempi di esposizione è estremamente elevata. Gli illuminatori lineari progettati per l’ispezione di materiale in nastro devono erogare tale intensità in modo uniforme su tutta la larghezza del nastro, che può variare da 200 mm a oltre 3000 mm.
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Geometria della luce lineare per l’ispezione del nastro
La geometria dell’illuminatore lineare rispetto alla superficie del nastro e alla telecamera determina quali tipologie di difetto sono rilevabili e quali caratteristiche superficiali creano contrasto nell’immagine. Le tre geometrie di illuminazione fondamentali utilizzate nell’ispezione di materiale in nastro sono l’illuminazione in campo chiaro, l’illuminazione in campo scuro e l’illuminazione in trasmissione.
Illuminamento del campo luminoso
Nell’illuminazione in campo chiaro, l’illuminatore lineare è posizionato in modo che il suo angolo di riflessione speculare ricada all’interno del cono di accettazione dell’obiettivo della telecamera. La telecamera riprende la riflessione speculare dell’illuminatore sulla superficie del nastro. Questa geometria produce immagini ad alta intensità di superfici lisce e riflettenti. I difetti che interrompono o disturbano la riflessione speculare — graffi, vaiolature, inclusioni, vuoti di rivestimento — appaiono come elementi scuri sullo sfondo chiaro. L’illuminazione in campo chiaro è la geometria preferita per l’ispezione di nastri lisci e riflettenti come fogli metallici, carta patinata lucida e film calandrato.
Illuminamento in campo oscuro
Nell’illuminazione in campo scuro, l’illuminatore lineare è situato con un angolo ridotto rispetto alla superficie del nastro, al di fuori dell’angolo di riflessione speculare della telecamera. Lo sfondo del nastro risulta scuro nell’immagine poiché la riflessione speculare non entra mai nella telecamera. I difetti che diffondono la luce — contaminazioni superficiali, fibre sollevate, grumi di rivestimento, elementi in rilievo — appaiono chiari sullo sfondo scuro. L’illuminazione in campo scuro offre un contrasto molto elevato per i difetti di rilievo superficiale che rimangono invisibili nell’ispezione in campo chiaro.
L’angolo di illuminazione per l’ispezione di materiale in nastro in campo scuro è tipicamente compreso tra 5° e 20° rispetto al piano della superficie del nastro. Con questi angoli ridotti, il percorso di illuminazione attraverso la larghezza del nastro è molto più lungo rispetto alla distanza di lavoro misurata perpendicolarmente al nastro. Per un nastro largo 1000 mm illuminato a 10° dalla superficie a una distanza di lavoro perpendicolare di 200 mm, la lunghezza del percorso di illuminazione lungo il nastro è di circa 1150 mm. L’illuminatore lineare deve mantenere un’intensità uniforme su questa lunghezza di percorso estesa.
Illuminazione in trasmissione per nastri trasparenti e traslucidi
Per nastri trasparenti e traslucidi come film trasparenti, carta sottile, tessuti navetta e materiali non tessuti, l’illuminazione in trasmissione attraverso il nastro offre il miglior contrasto per variazioni di spessore, inclusioni, fori e contaminazioni. L’illuminatore lineare è posizionato sotto il nastro e la telecamera sopra. L’intensità della luce trasmessa varia in base allo spessore locale e all’opacità del nastro, pertanto le variazioni di spessore e le inclusioni appaiono come modulazioni di luminosità nell’immagine.
Specifiche di Uniformità della Luce di Linea per l’Ispezione del Nastro
L’uniformità è la specifica ottica più critica per gli illuminatori lineari nell’ispezione di materiale in nastro. Qualsiasi variazione nell’intensità di illuminazione lungo la lunghezza dell’illuminatore lineare si manifesta come una corrispondente variazione nel livello di grigio dell’immagine della telecamera attraverso la larghezza del nastro. Tale variazione apparente del livello di grigio può mascherare difetti reali o generare segnalazioni di falsi difetti lungo il profilo del nastro.
Il requisito di uniformità per gli illuminatori lineari nell’ispezione di materiale in nastro viene solitamente espresso come il rapporto tra l’intensità minima e massima misurata lungo la lunghezza operativa alla distanza di lavoro definita. Per applicazioni di ispezione di materiale in nastro impegnative, è richiesta un’uniformità del 90% o superiore su tutta la larghezza del nastro. Gli illuminatori lineari RODER Vision raggiungono questi valori di uniformità grazie a una selezione abbinata dei LED, a un design ottico di precisione e a processi di assemblaggio controllati che mantengono l’emissione luminosa costante su tutta la lunghezza dell’illuminatore.
Sincronizzazione con le Telecamere Line Scan
Le telecamere line-scan per l’ispezione di materiale in nastro funzionano solitamente in modalità free-running a una frequenza di linea fissa, o in modalità attivata da encoder in cui ogni linea viene attivata da un impulso proveniente da un encoder rotativo su un rullo di traino. In entrambi i casi, l’illuminazione deve mantenere un’intensità di emissione costante durante l’intero ciclo di ispezione. Qualsiasi variazione dell’intensità di illuminazione sincrona con la frequenza di linea della telecamera produce artefatti periodici a strisce nell’immagine che degradano il rilevamento dei difetti.
Modalità continua vs modalità stroboscopica per la scansione di linea
Le telecamere line-scan per l’ispezione di materiale in nastro vengono utilizzate il più delle volte con illuminazione in modalità continua. L’esposizione della telecamera è impostata dal tempo di integrazione della telecamera e l’illuminazione rimane accesa continuamente. Ciò semplifica la sincronizzazione poiché non viene inviato alcun segnale di trigger all’illuminatore. L’illuminatore deve mantenere un’emissione molto stabile per l’intera durata del ciclo di ispezione, che può estendersi a ore o giorni per grandi bobine di materiale in nastro.
Per applicazioni con frequenze di linea molto elevate in cui l’intensità richiesta in modalità continua supera il limite termico dell’illuminatore, viene utilizzata la modalità stroboscopica. L’illuminatore viene impulsato una volta per linea, sincronizzato con l’uscita del trigger di linea della telecamera, con una durata dell’impulso pari al tempo di integrazione della telecamera. Ciò consente all’illuminatore di erogare un’intensità di picco più elevata durante la breve finestra di integrazione senza superare la sua specifica termica media. Gli illuminatori lineari RODER Vision supportano sia il funzionamento continuo che quello stroboscopico.
Selezione della lunghezza d’onda per i materiali a nastro
La lunghezza d’onda di illuminazione ottimale per l’ispezione di materiale in nastro dipende dalle proprietà ottiche del materiale in nastro e dalla natura dei difetti da rilevare. Per la maggior parte delle applicazioni di rilevamento dei difetti superficiali su nastri opachi, si preferisce un’illuminazione rossa o nel vicino infrarosso da 625 nm a 850 nm poiché massimizza il rapporto segnale-rumore con i sensori line-scan in silicio standard e attenua la trama del nastro che potrebbe mascherare difetti superficiali lievi.
Per l’ispezione della stampa a colori e il rilevamento delle deviazioni cromatiche su nastri stampati, l’illuminazione a luce bianca con una temperatura di colore stabile garantisce una resa cromatica accurata su tutta la larghezza del nastro. L’illuminazione ultravioletta serve per l’ispezione di elementi di sicurezza fluorescenti su carta moneta, substrati di stampa di sicurezza ed etichette di autenticazione in formato nastro. L’illuminazione nel vicino infrarosso penetra attraverso i rivestimenti superficiali e può rivelare caratteristiche sottosuperficiali in nastri di carta e cartone multistrato che rimangono invisibili alle lunghezze d’onda visibili.
Stabilità termica nei cicli di ispezione del nastro di lunga durata
Le linee di ispezione di materiale in nastro funzionano per periodi prolungati senza interruzioni. I cambi di bobina possono avvenire ogni poche ore, ma il sistema di visione funziona continuamente tra un cambio e l’altro. L’illuminazione deve mantenere un’intensità stabile durante l’intera produzione. Qualsiasi deriva dell’intensità di illuminazione causata dal riscaldamento dei LED durante il funzionamento si manifesta come un cambiamento graduale nel livello di grigio dell’immagine lungo la lunghezza della bobina di nastro. Tale deriva può far sfuggire difetti all’inizio o alla fine della bobina quando l’emissione dell’illuminatore differisce dal livello con cui sono state calibrate le soglie di ispezione.
Gli illuminatori lineari RODER Vision integrano la tecnologia di gestione termica HTTM. Il sistema HTTM limita la deriva termica controllando la temperatura di giunzione dei LED dal momento in cui l’illuminatore viene acceso, raggiungendo rapidamente l’equilibrio termico e mantenendo l’emissione luminosa stabile durante l’intera produzione. Ciò elimina la necessità di tempi di riscaldamento prima di poter avviare l’ispezione ed evita la deriva dell’emissione durante lunghe tirate di produzione.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di Illuminatori Roder Vision per l’ispezione di ragnatele e Line Scan
Le famiglie di prodotti RODER Vision riportate di seguito sono idonee per l’ispezione di materiale in nastro con telecamere line-scan in ambienti di produzione continua.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
Alta intensità di picco per l’ispezione del nastro a scansione lineare ad alta velocità. Formato a barre per un’ampia copertura del nastro. Configurazioni in campo chiaro e in campo scuro. Opzioni a più lunghezze d’onda.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Gestione termica HTTM per una produzione stabile in lunghi cicli di produzione. Lunghezza d’Onda multipla. Modalità continua e stroboscopica. Formato a barre grande per larghezze di nastro elevate.
BL3 – Retroilluminazione LED
Illuminatore a trasmissione per l’ispezione di nastri trasparenti e traslucidi. Elevata uniformità per un rilevamento accurato dello spessore e delle inclusioni. Lunghezze d’onda e formati multipli.
FD2 – Illuminatori LED a cupola piatta
Illuminazione diffusa per l’ispezione del colore su nastri stampati. Elimina le riflessioni speculari su substrati con rivestimento lucido. Sfondo uniforme per una misurazione accurata del colore e della densità.
Domande frequenti
La geometria migliore dipende dal materiale del nastro e dalle tipologie di difetto. L’illuminazione in campo chiaro si adatta a nastri lisci e riflettenti in cui i difetti appaiono come macchie scure che interrompono la riflessione speculare. L’illuminazione in campo scuro ad angoli ridotti si adatta a difetti di rilievo superficiale come contaminazioni e fibre sollevate. L’illuminazione in trasmissione viene utilizzata per nastri trasparenti e traslucidi per individuare variazioni di spessore e inclusioni.
Per un’ispezione di materiale in nastro impegnativa, è richiesta un’uniformità del 90 percento o superiore su tutta la larghezza del nastro alla distanza di lavoro definita. Un’uniformità inferiore produce una variazione del livello di grigio lungo la larghezza dell’immagine che può mascherare difetti reali o generare false segnalazioni. Verificare l’uniformità con un sistema di misura calibrato alla distanza di lavoro effettiva prima di accettare l’illuminatore.
La modalità continua è la scelta standard per l’ispezione di materiale in nastro con telecamere line-scan poiché semplifica la sincronizzazione e non richiede alcun segnale di trigger verso l’illuminatore. La modalità stroboscopica viene utilizzata quando l’intensità richiesta in modalità continua supera il limite termico dell’illuminatore, evenienza che si verifica a frequenze di linea molto elevate. Gli illuminatori lineari RODER Vision supportano entrambe le modalità.
La deriva termica provoca una variazione dell’intensità di illuminazione mentre la temperatura di giunzione dei LED si stabilizza dopo l’accensione. Si manifesta come un cambiamento graduale nel livello di grigio dell’immagine lungo la lunghezza della bobina ispezionata. I difetti possono sfuggire all’inizio o alla fine della bobina quando l’emissione differisce dal livello di calibrazione. La gestione termica HTTM negli illuminatori RODER Vision limita questa deriva garantendo un’emissione stabile durante lunghe lavorazioni.
L’illuminazione a luce bianca serve per l’ispezione della stampa a colori e per il rilevamento delle deviazioni cromatiche su nastri stampati. L’illuminazione rossa o nel vicino infrarosso massimizza il rapporto segnale-rumore per il rilevamento dei difetti superficiali nell’ispezione monocromatica con sensori line-scan in silicio. L’illuminazione ultravioletta serve per l’ispezione di elementi di sicurezza fluorescenti su carta di sicurezza e substrati di autenticazione. L’illuminazione nel vicino infrarosso (NIR) può rivelare caratteristiche sottosuperficiali in nastri di carta e cartone multistrato.
Contatti e informazioni
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