Feux de ligne pour l’inspection des bandes : Maximiser la Cadence de Production en Continu

L’inspection des bandes couvre une vaste catégorie d’applications industrielles de contrôle Qualité dans lesquelles un matériau en mouvement continu – film, papier, feuille métallique, tissu, non-tissé, substrat enduit ou bande imprimée – est inspecté à pleine vitesse de production. L’objectif est de détecter les défauts de Surface, les erreurs d’impression, les variations de revêtement et la contamination avant que le matériau ne soit enroulé ou transformé en produit fini. La détection des défauts en ligne élimine le coût de traitement du matériau défectueux par les opérations en aval et empêche le produit défectueux d’atteindre le client.

Les caméras linéaires constituent la solution d’imagerie standard pour l’inspection des bandes. Une caméra linéaire capture une ligne de la bande par cycle d’exposition, construisant ainsi une image bidimensionnelle de la surface de la bande au fur et à mesure que le matériau passe devant la caméra. L’Éclairage pour Caméra Linéaire doit fournir une intensité élevée et uniforme sur toute la largeur de la bande en une ligne étroite précisément alignée sur le champ de Vision de la caméra. Les éclairages linéaires LED constituent la source d’illumination privilégiée pour cette application. Ils fournissent une intensité élevée dans un faisceau étroit, une sortie stable sur de longs rapports Cycliques et un contrôle précis de la géométrie de l’éclairage.

Exigences en matière d’Éclairage pour Caméra Linéaire

Les caméras linéaires fonctionnent à des fréquences de ligne allant de quelques kilohertz à plus de 100 kHz dans les applications à grande vitesse. L’exposition de chaque ligne est donc courte : à une fréquence de 50 kHz, chaque ligne est exposée pendant 20 microsecondes. À 100 kHz, chaque ligne est exposée pendant 10 microsecondes. L’Illuminateur doit fournir suffisamment de photons au Capteur pendant cette courte exposition pour atteindre le niveau de gris cible dans l’image.

Pour une bande se déplaçant à 300 m/min (5 m/s) avec une résolution de caméra de 0,1 mm par pixel, la fréquence de lignes nécessaire pour éviter l’allongement des pixels dans le sens de la bande est de 50 000 lignes par seconde. L’exposition de 20 microsecondes à cette fréquence de lignes limite le temps d’intégration disponible à une très petite fraction de milliseconde. L’intensité de l’Illuminateur nécessaire pour obtenir des niveaux de gris adéquats à ces courtes expositions est très élevée. Les illuminateurs linéaires conçus pour l’inspection des bandes doivent fournir cette intensité de manière uniforme sur toute la largeur de la bande, qui peut aller de 200 mm à plus de 3 000 mm.

Géométrie des lignes lumineuses pour l’inspection des sites Web

La géométrie de la ligne lumineuse par rapport à la surface de la bande et à la caméra détermine les types de défauts détectables et les caractéristiques de la surface qui créent un contraste dans l’image. Les trois géométries d’illumination fondamentales utilisées dans l’inspection de bande sont le champ clair, le champ sombre et l’illumination transmise.

Éclairement en champ clair

Dans l’Éclairement en champ clair, l’illuminateur est positionné de manière à ce que son angle de réflexion spéculaire se situe dans le cône d’acceptation de l’objectif de la caméra. La caméra enregistre la réflexion spéculaire de l’Illuminateur sur la surface de la bande. Cette géométrie produit des images à haute intensité de surfaces lisses et réfléchissantes. Les défauts qui interrompent ou perturbent la réflexion spéculaire, tels que les rayures, les piqûres, les inclusions et les vides de revêtement, apparaissent comme des caractéristiques sombres sur l’arrière-plan lumineux. L’éclairage en champ clair est la géométrie préférée pour inspecter les bandes lisses et réfléchissantes telles que les feuilles métalliques, les papiers couchés brillants et les films calandrés.

Éclairement en champ sombre

Dans l’Écluminateur à champ sombre, la ligne lumineuse est placée à un angle faible par rapport à la surface de la bande, en dehors de l’angle de réflexion spéculaire de la caméra. Le fond de la bande apparaît sombre sur l’image car la réflexion spéculaire n’entre pas dans la caméra. Les défauts qui diffusent la lumière, tels que la contamination de surface, les fibres surélevées, les grumeaux de revêtement et les caractéristiques en relief, apparaissent comme des éléments brillants sur le fond sombre. L’Illuminateur en champ sombre fournit un contraste très élevé pour les défauts de relief de surface qui sont invisibles dans l’imagerie en champ clair.

L’angle d’Illuminateur pour l’inspection de la bande en champ sombre est généralement compris entre 5° et 20° par rapport au plan de la surface de la bande. À ces faibles angles, la trajectoire de l’Illuminateur sur la largeur de la bande est beaucoup plus longue que la distance de travail mesurée perpendiculairement à la bande. Pour une bande de 1000 mm de large illuminée à 10° de la surface à une distance de travail perpendiculaire de 200 mm, la longueur du trajet d’illumination à travers la bande est d’environ 1150 mm. La ligne lumineuse doit conserver une intensité uniforme sur toute cette longueur de trajectoire.

Éclairement transmis pour les toiles transparentes et translucides

Pour les bandes transparentes et translucides telles que les films transparents, les papiers fins, les tissus et les matériaux non tissés, l’éclairage transmis à travers la bande offre le meilleur contraste pour les variations d’épaisseur, les inclusions, les trous et la contamination. La ligne lumineuse est placée sous la bande et la caméra au-dessus. L’intensité de la lumière transmise varie en fonction de l’épaisseur et de l’opacité de la bande, ce qui rend les variations d’épaisseur et les inclusions visibles sous forme de modulations de luminosité dans l’image.

Spécifications d’Uniformité Lumineuse pour les lampes de la ligne d’inspection du web

L’Uniformité Lumineuse est la spécification optique la plus critique pour les éclairages linéaires utilisés dans l’inspection de bandes. Toute variation de l’intensité de l’Illuminateur sur la longueur de la ligne lumineuse se traduit par une variation correspondante du niveau de gris de l’image de la caméra sur la largeur de la bande. Cette variation apparente du niveau de gris peut masquer des défauts réels ou générer de fausses indications de défauts sur le profil de la bande.

L’exigence d’uniformité pour les projecteurs d’inspection de bande est généralement définie comme le rapport entre l’intensité minimale et l’intensité maximale mesurée sur la longueur de travail à la distance de travail définie. Pour les applications d’inspection de bande exigeantes, une uniformité de 90 % ou plus est requise sur toute la largeur de la bande. Les illuminateurs de ligne RODER Vision atteignent ces spécifications d’uniformité grâce à la sélection de LED adaptées, à la conception optique de précision et aux processus d’assemblage contrôlés qui garantissent une sortie de lumière cohérente sur toute la longueur de l’illuminateur.

Synchronisation avec les caméras Linéaires

Les caméras linéaires destinées à l’inspection de bandes fonctionnent généralement en mode libre à une fréquence de lignes fixe, ou en mode déclenché par un codeur, chaque ligne étant déclenchée par une impulsion provenant d’un codeur rotatif monté sur un rouleau d’entraînement. Dans les deux cas, l’Illuminateur doit maintenir une intensité de sortie constante pendant toute la durée de l’inspection. Toute variation de l’intensité de l’Écluminateur qui est synchrone avec la fréquence des lignes de la caméra produit des artefacts de bandes périodiques dans l’image qui dégradent les performances de détection des défauts.

Mode continu ou mode stroboscopique pour le balayage linéaire

Les caméras Linéaires pour l’inspection de sites Web sont le plus souvent utilisées avec un Éclairage pour Caméra Linéaire Linéaire. L’exposition de la caméra est contrôlée par le réglage du temps d’intégration de la caméra, et l’Illuminateur reste allumé en continu. Cela simplifie la synchronisation car aucun signal de déclenchement n’est nécessaire pour l’illuminateur. L’Illuminateur doit maintenir une puissance très stable pendant toute la durée de l’inspection, qui peut durer des heures ou des jours pour les grandes bobines.

Pour les applications à très haut débit où l’intensité requise en mode continu dépasse la capacité thermique de l’Illuminateur, le mode stroboscopique est utilisé. L’Illuminateur émet une impulsion par ligne, synchronisée avec la sortie de déclenchement de ligne de la caméra. La durée de l’impulsion est égale au temps d’intégration de la caméra. Cela permet à l’Illuminateur de fournir un pic d’intensité plus élevé pendant la courte fenêtre d’intégration sans dépasser sa capacité thermique moyenne. Les Illuminateurs de ligne RODER Vision fonctionnent en mode continu et en mode stroboscopique.

Longueur d’Onde pour les matériaux en bande

La longueur d’Onde d’illumination optimale pour l’inspection des bandes dépend des propriétés optiques du matériau de la bande et de la nature des défauts à détecter. Pour la plupart des détections de défauts de surface sur des bandes opaques, l’Éclairage Infrarouge ou proche de l’infrarouge entre 625 nm et 850 nm est préférable car il maximise le rapport signal/bruit avec des capteurs linéaires au silicium standard et réduit la visibilité de la texture de la bande qui peut masquer des défauts de surface subtils.

Pour l’inspection de l’impression couleur et la détection des écarts de couleur sur les bandes imprimées, un éclairage blanc avec une température de couleur stable est utilisé pour fournir un rendu précis des couleurs sur toute la largeur de la bande. L’Éclairement UV est utilisé pour l’inspection des éléments de sécurité fluorescents sur le papier fiduciaire, les substrats d’impression de sécurité et les étiquettes d’authentification sous forme de bande. L’Éclairage Infrarouge pénètre les revêtements de surface et peut révéler des caractéristiques de subsurface dans les bandes de papier et de carton multicouches qui sont invisibles aux longueurs d’onde visibles.

Stabilité thermique dans les cycles d’inspection de longue durée de la toile

Les lignes d’inspection en continu fonctionnent pendant de longues périodes sans interruption. Les changements de rouleaux peuvent avoir lieu toutes les quelques heures, mais le système d’Inspection fonctionne en continu entre les changements. L’intensité de l’Écluminateur doit rester stable pendant toute la durée de l’inspection. Toute dérive de l’intensité de l’Illuminateur LED due à l’échauffement des LED pendant le cycle d’inspection apparaît comme un changement progressif du niveau de gris de l’image sur toute la longueur du rouleau de bande. Cette dérive peut faire manquer des défauts au début ou à la fin du rouleau lorsque la puissance de l’Écluminateur diffère du niveau auquel les seuils d’inspection ont été calibrés.

Les illuminateurs de ligne RODER Vision intègrent la technologie de gestion thermique HTTM. Le système HTTM minimise la dérive thermique en contrôlant la température de jonction des LED dès la mise sous tension de l’Illuminateur, ce qui permet d’atteindre rapidement l’équilibre thermique et de maintenir un rendement stable pendant toute la durée de l’inspection. Il n’est donc plus nécessaire d’attendre la fin de la période de préchauffage avant de commencer l’inspection et la dérive de la sortie est évitée pendant les longs cycles de production.

Produits et technologies

Familles d’Éclairage pour Caméra Linéaire RODER Vision pour l’inspection de bandes et de lignes

Les familles de produits RODER Vision suivantes sont adaptées à l’inspection de bandes par balayage linéaire dans des environnements de production continue.

Questions fréquemment posées