Stampaggio a iniezione di plastica: Controllare la completezza dei pezzi con le luci in campo oscuro

Lo stampaggio a iniezione di materie plastiche produce miliardi di componenti ogni anno. Anche piccole variazioni di processo causano difetti che compromettono il funzionamento del pezzo, l’assemblaggio o l’integrità strutturale. I colpi corti – in cui la cavità dello stampo non è completamente riempita – sono tra le categorie di difetti più comuni ed economicamente dannosi. Per rilevarli in modo affidabile a velocità di produzione è necessaria la giusta strategia di Illuminamento.

L’Illuminazione in Campo Scuro è la tecnica più adatta a rivelare le sottili differenze geometriche e di superficie che distinguono un pezzo completo da uno difettoso. Posizionando degli Illuminatori LED a basso angolo intorno al pezzo, i sistemi di Visione Artificiale possono rilevare caratteristiche incomplete, geometrie mancanti e vuoti superficiali che sono invisibili con l’illuminazione frontale convenzionale o con l’illuminazione a cupola diffusa.

1. Tipi di difetti nelle parti stampate a iniezione

La comprensione dei difetti da rilevare determina la strategia di illuminazione del sistema di visione. I difetti dello stampaggio a iniezione rientrano in diverse categorie.

Scatti brevi

Una ripresa breve si verifica quando la plastica fusa non riempie completamente la cavità dello stampo prima di solidificarsi. Il risultato è un pezzo con una geometria mancante: nervature incomplete, boss assenti, elementi a scatto mancanti o sezioni sottili non riempite. Le riprese brevi sono causate da una pressione di iniezione insufficiente, da una bassa temperatura di fusione, da uno sfiato inadeguato o da materiale contaminato. Sono tra i difetti più critici perché un pezzo corto è dimensionalmente non conforme per definizione.

Segni di affondamento e vuoti di superficie

I segni di affondamento sono depressioni sulla superficie del pezzo causate da un ritiro localizzato durante il raffreddamento. In genere compaiono di fronte a sezioni spesse o nervature in cui il raffreddamento è irregolare. I vuoti di superficie sono simili, ma rappresentano una completa assenza di materiale in un punto specifico. Entrambi i difetti alterano la geometria superficiale del pezzo e influiscono sull’adattamento e sulla finitura dell’assemblaggio.

Lampi, bave e irregolarità delle linee di stampo

Il flash è il materiale in eccesso che è fuoriuscito dalla cavità dello stampo lungo la linea di divisione, le posizioni dei perni di espulsione o le facce laterali dell’anima. Rappresenta un eccesso geometrico piuttosto che un deficit ed è ugualmente dannoso per l’assemblaggio e il funzionamento. Le irregolarità delle linee dello stampo includono linee di divisione in rilievo e segni di spine di espulsione che superano la tolleranza.

2. Perché l’Illuminazione in Campo Scuro funziona per l’Ispezione di Parti in Plastica

Le parti in plastica stampate a iniezione presentano una sfida ottica specifica. La maggior parte delle materie plastiche di produzione ha una finitura semilucida o lucida che è altamente speculare sotto gli illuminatori convenzionali. Le luci a cupola diffuse o le luci ad anello illuminate frontalmente tendono a sminuire le sottili caratteristiche superficiali che distinguono un pezzo privo di difetti da uno con un segno di affossamento.

L’Illuminazione in Campo Scuro utilizza la luce a incidenza radente. L’Illuminatore LED è posizionato a un angolo ridotto rispetto alla superficie del pezzo, in genere tra i 10° e i 25° rispetto al piano orizzontale. A questo angolo, le aree lisce della superficie del pezzo riflettono la luce lontano dalla telecamera. La telecamera vede uno sfondo scuro. Qualsiasi irregolarità della superficie – una costola mancante, una depressione, un vuoto, un’intermittenza – diffonde la luce verso la telecamera e appare luminosa sullo sfondo scuro.

Aumento del Contrasto per Geometrie Sottili

Il vantaggio di contrasto del campo oscuro per le superfici in plastica è significativo. Un segno di lavandino profondo solo 0,2 mm può produrre una differenza di livello di grigio trascurabile con l’Illuminazione Diffusa. In campo oscuro, con un angolo di 15°, la stessa caratteristica genera un’evidenza luminosa sul bordo anteriore e un’ombra scura sul bordo posteriore. Il rapporto segnale-sfondo aumenta di un ordine di grandezza o più. Questo si traduce direttamente in un rilevamento più affidabile e in un minor numero di falsi scarti.

Rilevamento delle caratteristiche mancanti

Gli scatti brevi che lasciano un elemento completamente assente – un’estremità mancante, una costola incompleta – creano una discontinuità geometrica al confine dell’area mancante. Sotto l’Illuminazione in Campo Scuro, questo bordo si rivela come una linea chiara e netta contro la superficie scura circostante. L’assenza della geometria prevista viene rilevata confrontando l’immagine acquisita con un’immagine di riferimento in golden-part. Qualsiasi area in cui i bordi luminosi attesi sono assenti indica una ripresa breve.

3. Configurazione dell’Illuminatore per l’ispezione dello stampaggio a iniezione

Un’efficace ispezione in campo scuro di parti stampate a iniezione richiede un’attenta progettazione della geometria dell’Illuminatore, la selezione della lunghezza d’onda e la sincronizzazione con il trigger del sistema di Visione.

Geometria e angolo dell’Illuminatore

Per i pezzi con una geometria a simmetria di rotazione (tappi rotondi, corpi cilindrici, connettori simmetrici), un Illuminatore ad anello centrato sull’asse della telecamera fornisce una copertura in campo scuro omnidirezionale. Tutte le caratteristiche della superficie e i bordi sono illuminati allo stesso modo, indipendentemente dal loro orientamento. In questo modo si elimina il problema della direzionalità degli illuminatori in campo scuro lineari, dove le caratteristiche parallele alla direzione della luce potrebbero non diffondere abbastanza luce per essere rilevate.

Per le parti piatte o rettangolari (pannelli, coperture, staffe piatte), una combinazione di Illuminatori direzionali a basso angolo da due o quattro lati fornisce una copertura uniforme di illuminamento. L’angolo di illuminazione deve essere scelto in base alla finitura della superficie: le superfici lucide richiedono angoli più bassi (da 10° a 15°) per ottenere il miglior contrasto, mentre le superfici semi-opache possono ottenere risultati migliori con 20°-25°.

Selezione della lunghezza d’onda per le superfici in plastica

La luce bianca è la scelta standard per l’Ispezione di Parti in Plastica in generale, quando il pezzo deve essere ispezionato sia per i difetti geometrici che per il colore o la qualità della superficie. Le lunghezze d’onda del rosso o del vicino infrarosso (630-850 nm) offrono un buon contrasto su molte superfici in plastica e riducono la sensibilità alla luce ambientale. Le lunghezze d’onda del blu (450-470 nm) migliorano il contrasto sulle plastiche chiare o trasparenti.

Funzionamento e sincronizzazione stroboscopica

L’ispezione dello stampaggio a iniezione viene tipicamente eseguita in linea all’uscita della macchina di stampaggio, dove i pezzi vengono trasportati a una velocità compresa tra 10 e 60 pezzi al minuto. L’Illuminazione Stroboscopica – sincronizzata con il trigger della telecamera – blocca il movimento del pezzo durante l’esposizione, respinge la luce ambientale e prolunga la durata dell’Illuminatore LED funzionando in modalità pulsata per la maggior parte del ciclo di produzione.

4. Strategie di ispezione multi-vista

I pezzi complessi stampati a iniezione – connettori, corpi, componenti medici – non possono essere ispezionati completamente da una sola telecamera. Le inquadrature brevi e gli elementi mancanti possono essere localizzati su qualsiasi faccia. Le stazioni di ispezione multi-vista utilizzano due, quattro o più coppie telecamera-illuminatore posizionate intorno al pezzo per fornire una copertura completa a 360°.

Illuminatori multipli in sequenza

Quando più illuminatori e telecamere sono posizionati intorno al pezzo, la sincronizzazione delle strobo diventa fondamentale. Ogni illuminatore deve accendersi in modo indipendente e sincronizzarsi con l’esposizione della telecamera corrispondente. L’accensione sequenziale garantisce che ogni immagine venga acquisita con un solo illuminatore attivo, evitando l’illuminazione incrociata. Gli Illuminatori LED di Roder Vision supportano l’ingresso di trigger esterni per una sincronizzazione precisa con i controller del Sistema di Visione.

Combinazione di campo oscuro e retroilluminazione

Per le parti in plastica trasparenti o semitrasparenti (fiale mediche, lenti ottiche, componenti di imballaggi trasparenti), la combinazione dell’Illuminazione frontale in Campo Scuro con la retroilluminazione offre una capacità di ispezione complementare. L’immagine in campo oscuro rivela i difetti della superficie e le caratteristiche geometriche. L’immagine in controluce rivela i vuoti interni e la contaminazione attraverso l’ispezione a luce trasmessa. Entrambe le immagini possono essere acquisite in sequenza nella stessa stazione.

5. Considerazioni sull’integrazione

Controllo della luce ambientale

L’efficacia dell’Illuminazione in Campo Scuro dipende dall’esclusione della luce ambientale diffusa. L’illuminazione diffusa in fabbrica che cade sulla superficie del pezzo illumina lo sfondo scuro e riduce il contrasto dei difetti. Le cabine di ispezione con pannelli oscuranti sono la soluzione standard. Nei casi in cui non è possibile utilizzare una cabina completa, l’illuminazione stroboscopica ad alta intensità con tempi di esposizione brevi (50-200 µs) consente di escludere efficacemente la luce ambientale.

Posizionamento dei pezzi e progettazione delle attrezzature

L’Illuminazione in Campo Scuro è sensibile all’altezza e all’inclinazione del pezzo. Una variazione di altezza di 2-3 mm può modificare l’angolo di illuminazione effettivo tanto da alterare il contrasto delle caratteristiche della superficie. I pezzi devono essere presentati alla stazione di ispezione in una posizione ripetibile utilizzando fermi meccanici, nidi o dispositivi a vuoto.

Stabilità termica dell’Illuminatore

Le macchine per lo stampaggio a iniezione funzionano ininterrottamente per lunghi cicli di produzione. Gli illuminatori Roder Vision incorporano la tecnologia HTTM (Gestione Termica ad Alta Temperatura), che mantiene la temperatura della giunzione dei LED entro limiti ristretti, indipendentemente dalle variazioni di temperatura ambientale. In questo modo il livello di Illuminazione in Campo Scuro rimane costante dall’inizio alla fine del turno, senza richiedere la ricalibrazione periodica della soglia del sistema di visione.

Prodotti e tecnologie

Famiglie di Illuminatori Roder Vision per l’Ispezione di Parti in Plastica

Le seguenti famiglie di prodotti RODER Vision sono particolarmente adatte per l’ispezione in campo oscuro e diretta di parti in Plastica stampate a iniezione.

Domande frequenti