Luces de línea para inspección de bandas: Maximización del Rendimiento de Producción Continua

La inspección de bandas abarca una amplia categoría de aplicaciones industriales de control de calidad en las que un material en movimiento continuo -película, papel, lámina metálica, tejido, tela no tejida, sustrato revestido o banda impresa- se inspecciona a toda velocidad de producción. El objetivo es detectar defectos superficiales, errores de impresión, variaciones de revestimiento y contaminación antes de que el material se enrolle o se convierta en producto acabado. Detectar los defectos en línea elimina el coste de procesar el material defectuoso a través de las operaciones posteriores y evita que el producto defectuoso llegue al cliente.

Las cámaras Lineales son la solución estándar para la inspección de bandas. Una cámara lineal captura una línea de la banda por ciclo de exposición, creando una imagen bidimensional de la superficie de la banda a medida que el material pasa por delante de la cámara. La iluminación de las cámaras de exploración lineal debe proporcionar una intensidad alta y uniforme a lo largo de toda la anchura de la banda en una línea estrecha alineada con precisión con el campo de visión de la cámara. Las luces de línea LED son la fuente de iluminación preferida para esta aplicación. Proporcionan alta intensidad en un haz estrecho, salida estable en ciclos de trabajo continuo largos y control preciso de la geometría de la iluminación.

Requisitos de Iluminación para Cámara Lineal

Las cámaras Lineales funcionan a frecuencias de línea desde unos pocos kilohercios hasta más de 100 kHz en aplicaciones de alta velocidad. La exposición de cada línea es correspondientemente corta: a una velocidad de línea de 50 kHz, cada línea se expone durante 20 microsegundos. A 100 kHz, cada línea se expone durante 10 microsegundos. La iluminación debe proporcionar suficientes fotones al sensor durante esta breve exposición para conseguir el nivel de gris deseado en la imagen.

Para una banda que se mueve a 300 m/min (5 m/s) con una resolución de cámara de 0,1 mm por píxel, la velocidad de línea necesaria para evitar el alargamiento de los píxeles en la dirección de la banda es de 50.000 líneas por segundo. La exposición de 20 microsegundos a esta velocidad de línea limita el tiempo de integración disponible a una fracción muy pequeña de milisegundo. La intensidad de iluminación necesaria para conseguir niveles de gris adecuados en estas exposiciones cortas es muy elevada. Los iluminadores de línea diseñados para la inspección de bandas deben proporcionar esta intensidad de manera uniforme en toda la anchura de la banda, que puede oscilar entre 200 mm y más de 3000 mm.

Geometría de la Luz de Línea para la Inspección de la Red

La geometría de la línea de luz en relación con la superficie de la banda y la cámara determina qué tipos de defectos son detectables y qué características de la superficie crean contraste en la imagen. Las tres geometrías de iluminación fundamentales utilizadas en la inspección de bandas son las de campo claro, campo oscuro e iluminación transmitida.

Iluminador de campo claro

En la iluminación de campo claro, la luz lineal se coloca de modo que su ángulo de reflexión especular quede dentro del cono de aceptación del objetivo de la cámara. La cámara capta el reflejo especular del Iluminador en la superficie de la banda. Esta geometría produce imágenes de alta intensidad de superficies lisas y reflectantes. Los defectos que interrumpen o perturban el reflejo especular, como arañazos, picaduras, inclusiones y huecos en el revestimiento, aparecen como rasgos oscuros sobre el fondo brillante. La iluminación de campo claro es la geometría preferida para inspeccionar bandas lisas y reflectantes, como láminas metálicas, papel estucado brillante y películas calandradas.

Iluminación del campo oscuro

En la iluminación de campo oscuro, la línea de luz se coloca en un ángulo bajo respecto a la superficie de la banda, fuera del ángulo de reflexión especular de la cámara. El fondo de la banda aparece oscuro en la imagen porque el reflejo especular no entra en la cámara. Los defectos que dispersan la luz, como la contaminación superficial, las fibras levantadas, los grumos de revestimiento y los relieves, aparecen como rasgos brillantes sobre el fondo oscuro. La iluminación de campo oscuro proporciona un contraste muy alto para los defectos de relieve de la superficie que son invisibles en las imágenes de campo claro.

El ángulo de iluminación para la inspección de banda en campo oscuro suele ser de 5° a 20° desde el plano de la superficie de la banda. Con estos ángulos bajos, la trayectoria de la iluminación a lo ancho de la banda es mucho mayor que la distancia de trabajo medida perpendicularmente a la banda. Para una banda de 1000 mm de ancho iluminada a 10° de la superficie a una distancia de trabajo perpendicular de 200 mm, la longitud de la trayectoria de iluminación a través de la banda es de aproximadamente 1150 mm. La luz de línea debe mantener una intensidad uniforme a lo largo de este recorrido.

Iluminación Transmitida para Redes Transparentes y Translúcidas

Para las bandas transparentes y translúcidas, como las películas transparentes, el papel fino, las telas tejidas y los materiales no tejidos, la iluminación transmitida a través de la banda proporciona el mejor contraste para las variaciones de grosor, las inclusiones, los agujeros y la contaminación. La luz de línea se coloca debajo de la banda y la cámara encima. La intensidad de la luz transmitida varía con el grosor y la opacidad locales de la banda, lo que hace que las variaciones de grosor y las inclusiones sean visibles como modulaciones de brillo en la imagen.

Especificaciones de Uniformidad para las Luces de Línea de Inspección de la Red

La uniformidad es la especificación óptica más crítica para las luces de línea utilizadas en la inspección de bandas. Cualquier variación en la intensidad de la iluminación a lo largo de la longitud de la luz de línea aparece como una variación correspondiente en el nivel de gris de la imagen de la cámara a lo ancho de la banda. Esta variación aparente del nivel de gris puede enmascarar defectos reales o generar falsas indicaciones de defectos en todo el perfil de la banda.

El requisito de uniformidad para las luces de línea de inspección de banda suele establecerse como la relación entre la intensidad mínima y la máxima medida en toda la longitud de trabajo a la distancia de trabajo definida. Para aplicaciones exigentes de inspección de bandas, se requiere una uniformidad del 90% o superior en toda la anchura de la banda. Los iluminadores lineales RODER Vision consiguen estas especificaciones de uniformidad mediante la selección de LED adecuados, un diseño óptico de precisión y procesos de montaje controlados que garantizan una salida de luz uniforme en toda la longitud del iluminador.

Sincronización con Cámaras Lineales

Las cámaras lineales para inspección de banda suelen funcionar en modo de funcionamiento libre a una velocidad de línea fija, o en modo activado por codificador, en el que cada línea se activa mediante un impulso de un codificador giratorio montado en un rodillo impulsor. En ambos casos, la iluminación debe mantener una intensidad de salida constante durante toda la inspección. Cualquier variación en la intensidad de la iluminación que esté sincronizada con la velocidad de línea de la cámara produce artefactos de bandas periódicas en la imagen que degradan el rendimiento de la detección de defectos.

Modo Continuo vs Modo Estroboscópico para Exploración Lineal

Las cámaras de barrido lineal para la inspección de la web se suelen utilizar con iluminación en modo continuo. La exposición de la cámara se controla mediante el ajuste del tiempo de integración de la cámara, y la iluminación permanece encendida continuamente. Esto simplifica la sincronización, ya que el Iluminador no necesita ninguna señal de disparo. El Iluminador debe mantener una salida muy estable durante toda la inspección, que puede durar horas o días en el caso de grandes bobinas.

Para aplicaciones de velocidad de línea muy alta, en las que la intensidad necesaria en modo continuo supera la capacidad térmica del iluminador, se utiliza el modo estroboscópico. El Iluminador emite un impulso una vez por línea, sincronizado con la salida de disparo de línea de la cámara. La duración del impulso es igual al tiempo de integración de la cámara. Esto permite que el Iluminador proporcione un pico de intensidad más alto durante la breve ventana de integración sin superar su capacidad térmica media. Los iluminadores de línea RODER Vision admiten los modos de funcionamiento continuo y estroboscópico.

Selección de Longitud de Onda para Materiales en Banda

La longitud de onda de iluminación óptima para la inspección de bandas depende de las propiedades ópticas del material de la banda y de la naturaleza de los defectos que deben detectarse. Para la mayoría de las detecciones de defectos superficiales en bandas opacas, se prefiere la iluminación roja o en el infrarrojo cercano, de 625 nm a 850 nm, porque maximiza la relación señal/ruido con los sensores de escaneado lineal de silicio estándar y reduce la visibilidad de la textura de la banda, que puede enmascarar defectos superficiales sutiles.

Para la inspección de impresiones en color y la detección de desviaciones de color en bandas impresas, se utiliza iluminación blanca con una temperatura de color estable para proporcionar una reproducción precisa del color en toda la anchura de la banda. La iluminación UV se utiliza para inspeccionar elementos de seguridad fluorescentes en papel de billetes, sustratos de impresión de seguridad y etiquetas de autenticación en forma de banda. La iluminación Infrarroja Cercana penetra en los revestimientos superficiales y puede revelar características subsuperficiales en bandas de papel y cartón multicapa que son invisibles a longitudes de onda visibles.

Estabilidad térmica en inspecciones de banda de larga duración

Las líneas de inspección de bobinas funcionan durante largos periodos sin interrupción. Los cambios de bobina pueden producirse cada pocas horas, pero el sistema de inspección funciona continuamente entre cambios. La iluminación debe mantener una intensidad estable durante todo el recorrido. Cualquier desviación en la intensidad de la iluminación debida al calentamiento de los LED durante la inspección se manifiesta como un cambio gradual en el nivel de gris de la imagen a lo largo de la bobina. Esta desviación puede hacer que se pasen por alto defectos al principio o al final de la bobina cuando la salida del Iluminador difiere del nivel al que se calibraron los umbrales de inspección.

Los iluminadores de la línea RODER Vision incorporan la tecnología de gestión térmica HTTM. El sistema HTTM minimiza la desviación térmica controlando la temperatura de la unión de los LED desde el momento en que se enciende el iluminador, alcanzando rápidamente el equilibrio térmico y manteniendo estable el rendimiento durante todo el proceso de inspección. Esto elimina la necesidad de retrasos en el calentamiento antes de que pueda comenzar la inspección y evita la desviación de la salida durante largas tiradas de producción.

Productos y tecnologías

Familias de Iluminadores RODER Vision para Inspección de Redes y Escaneado Lineal

Las siguientes familias de productos RODER Vision son adecuadas para la inspección de banda por escaneado lineal en entornos de producción continua.

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