Imaging speculare sull’asse per superfici riflettenti piatte e marcature dirette dei pezzi
- L’angolo di incidenza a zero gradi tramite il Divisore di Fascio a 45° offre il massimo ritorno speculare da superfici piane e perpendicolari.
- I difetti, i bordi e le incisioni appaiono come elementi scuri su uno sfondo brillante e speculare, ideale per le marcature DPM e laser.
- Ideale per metalli lucidi, wafer di semiconduttori, rivestimenti a specchio e altri substrati speculari piatti.
- Richiede di utilizzare divisori di Fascio con rivestimento antiriflesso per sopprimere le immagini fantasma e la dispersione cromatica in tutto il campo.
- Penalità di flusso 4x intrinseca alla geometria del Divisore di Fascio – compensata da una maggiore densità di LED o dal funzionamento a impulsi.
- La sensibilità all’inclinazione della superficie è intrinseca: combinala con una sorgente frontale diffusa su bersagli non piani o strutturati.
L’Illuminazione Coassiale (On-axis), nota anche come illuminazione in linea o in asse, è la configurazione preferita per l’ispezione di superfici piane speculari. Iniettando la luce lungo l’asse ottico della telecamera attraverso un divisore di Fascio semi-riflettente, l’Illuminazione Diretta assicura che qualsiasi regione della superficie perpendicolare alla telecamera restituisca la sua riflessione speculare direttamente al Sensore, producendo la massima luminosità. Qualsiasi deviazione locale da questo orientamento perpendicolare, causata da un difetto, un bordo o un elemento inciso, devia la componente speculare lontano dal sensore e appare come una regione a contrasto scuro.
Principio di funzionamento dell’Illuminatore coassiale
Un illuminatore coassiale integra un beamsplitter semi-riflettente a 45 gradi, un array di LED montato lateralmente e un corpo che allinea il beamsplitter con l’asse ottico della telecamera. I LED emettono orizzontalmente sul divisore di Fascio, che reindirizza metà della luce verso il basso in direzione del bersaglio ispezionato. La telecamera osserva l’obiettivo attraverso lo stesso divisore di Fascio, catturando la riflessione speculare di qualsiasi superficie piatta perpendicolare all’asse ottico.
L’angolo di incidenza sul bersaglio è di circa zero gradi rispetto all’asse della telecamera, il che significa che le superfici piane parallele al piano dell’immagine della telecamera restituiscono la massima riflessione speculare al Sensore. Qualsiasi deviazione da questo orientamento, causata dall’inclinazione della superficie, da micro-feature o da segni incisi al laser, devia il riflesso speculare lontano dal sensore e produce un elemento scuro nell’immagine altrimenti luminosa.
Ritorni speculari e diffusi in caso di Illuminazione Coassiale
L’Illuminatore coassiale separa le superfici piane speculari (che appaiono luminose) da qualsiasi caratteristica della superficie che interrompe la planarità locale (che appare scura). Questa dicotomia è particolarmente efficace per l’ispezione di metalli lucidati, wafer di semiconduttori, rivestimenti a specchio e marcature dirette incise al laser, dove le caratteristiche rilevanti sono per definizione deviazioni da una linea di base piatta e riflettente. Quando la diffusione coassiale è un requisito ingegneristico, si può preferire una configurazione a cupola piatta, offerta dalla famiglia di Illuminatori LED a cupola piatta.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione coassiale è la scelta standard per l’ispezione dei DPM (Direct Part Mark) incisi al laser su superfici metalliche piane; la lettura di codici a punti su componenti di semiconduttori e parti lavorate; il controllo di qualità di superfici metalliche lucidate come lame di rasoio, strumenti chirurgici e componenti di orologi; l’ispezione di rivestimenti a specchio su componenti ottici e pellicole riflettenti; la verifica delle caratteristiche di circuiti stampati lucidati; il controllo di qualità di substrati di vetro e ceramica lucidati e qualsiasi applicazione in cui la superficie di destinazione è essenzialmente piatta e speculare e le caratteristiche di interesse sono le deviazioni da questa planarità. I gruppi coassiali personalizzati per queste applicazioni sono progettati all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
Le dimensioni dell’illuminatore coassiale devono adattarsi al campo visivo dell’obiettivo della telecamera con un margine adeguato per garantire un’intensità uniforme in tutto il campo di ispezione. Il Divisore di Fascio introduce una penalizzazione del flusso di 4x (perdita del 50% in ogni direzione), che deve essere compensata da una maggiore densità di LED o dal funzionamento stroboscopico.
Il contenuto spettrale segue le stesse regole di qualsiasi Illuminazione Diretta. Gli illuminatori coassiali monocromatici sono preferibili per l’ispezione ad alto contrasto attraverso filtri a banda stretta, mentre le versioni bianche sono utilizzate per l’ispezione critica del colore. La lunghezza d’onda può essere regolata per ottimizzare il contrasto con il materiale di destinazione: luce rossa su superfici verdi, luce blu su superfici gialle e così via.
Rivestimenti antiriflesso sui Divisori di Fascio
La qualità ottica del divisore di Fascio è fondamentale per le prestazioni del coassiale. Divisori di Fascio di bassa qualità introducono ghosting (riflessioni multiple che producono immagini duplicate), dispersione cromatica (lunghezze d’onda diverse trasmesse con efficienze diverse) e non uniformità dell’intensità (variazioni del rapporto di divisione nell’area attiva). Gli illuminatori coassiali di livello industriale utilizzano divisori di Fascio con rivestimento antiriflesso che riducono al minimo questi artefatti e preservano la qualità dell’immagine in tutto il campo di ispezione.
Integrazione e limiti
Gli illuminatori coassiali occupano un volume compatto sopra il bersaglio ispezionato, il che li rende più facili da integrare rispetto alle cupole piene, ma leggermente più ingombranti rispetto agli illuminatori diretti. La telecamera deve essere allineata coassialmente con l’illuminatore, il che è semplice quando entrambi sono montati sulla stessa struttura di supporto, ma richiede un’attenta regolazione quando sono integrati in un sistema robotico multiasse.
Il principale limite ottico dell’Illuminatore coassiale è la sua sensibilità all’inclinazione della superficie. Sui bersagli non perfettamente perpendicolari all’asse ottico, la riflessione speculare viene deviata lontano dalla telecamera e l’immagine appare scura, indipendentemente dal fatto che la superficie sia effettivamente difettosa. Questa limitazione è intrinseca alla geometria e non può essere eliminata; è meglio gestirla attraverso un’attenta messa a punto del bersaglio o combinando l’Illuminazione Diffusa coassiale con una sorgente diffusa complementare. L’illuminazione coassiale è inoltre meno efficace sulle superfici molto strutturate o opache, dove il segnale di ritorno dominante è diffuso piuttosto che speculare; per questi target sono preferibili le configurazioni a campo chiaro o a cupola.
Illuminatori LED coassiali Roder Vision
Roder Vision progetta e produce Illuminatori LED coassiali specifici per le applicazioni con gruppi di Divisori di Fascio ingegnerizzati per l’ispezione visiva industriale di superfici piane speculari e marcature dirette dei pezzi.
- Geometrie di Divisori coassiali specifici per l’applicazione – Illuminatori LED personalizzati
- Alternativa coassiale a diffusione compatta per spazi di integrazione ristretti – Illuminatori LED a cupola piana
- Sorgenti ad anello a campo luminoso complementari per geometrie combinate – Illuminatori LED ad anello
Per il funzionamento coassiale sincronizzato a impulsi su linee di ispezione ad alta velocità, il catalogo RODER include driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con controller di visione industriale e PLC.