Imaging cross-polarizzato per la soppressione dell’abbagliamento speculare su superfici riflettenti
- Il polarizzatore lineare sulla sorgente LED e l’analizzatore ortogonale sulla telecamera bloccano il segnale speculare e mantengono quello diffuso depolarizzato.
- Rapporto di estinzione 1000:1 tipico dei polarizzatori industriali – efficace soppressione dell’abbagliamento su superfici dielettriche lisce.
- Ideale per plastiche lucide, metalli verniciati, stampe laccate, vetro e superfici in ceramica con caratteristiche di specularità.
- Perdita di luminosità ~4x intrinseca alla geometria a doppio polarizzatore – compensata da una maggiore potenza del LED o da un’esposizione più lunga.
- Combina le geometrie a cupola, a cupola piatta o coassiale per ottenere la massima efficacia su bersagli speculari curvi o piatti.
- Inefficace su superfici opache o fortemente strutturate dove la componente diffusa è già dominante.
Le configurazioni a luce polarizzata sfruttano le proprietà di polarizzazione della luce per sopprimere l’abbagliamento speculare sulle superfici riflettenti e rivelare caratteristiche che verrebbero oscurate con l’illuminazione standard. Combinando un polarizzatore lineare sull’illuminatore con un analizzatore a polarizzazione incrociata sull’obiettivo della fotocamera, il sistema rifiuta la componente speculare della luce riflessa che conserva la polarizzazione e conserva solo la componente diffusa che è stata depolarizzata dall’interazione con la superficie del bersaglio. Il risultato è un’immagine priva di abbagliamento che espone le caratteristiche della sotto-superficie e quelle a basso contrasto nascoste dai riflessi speculari.
Principio di funzionamento dell’imaging a polarizzazione incrociata
La luce riflessa da una superficie dielettrica liscia (vernice, plastica, vetro, ceramica) conserva la polarizzazione della luce incidente. La luce diffusa dalla microstruttura ruvida di una superficie o dall’interazione sotto la superficie con pigmenti e inclusioni è depolarizzata: contiene componenti di polarizzazione casuali in tutte le direzioni.
Un polarizzatore posto sulla sorgente LED polarizza linearmente la luce emessa lungo un asse specifico. La luce polarizzata raggiunge il bersaglio, dove si divide in una componente speculare che mantiene la polarizzazione originale e una componente diffusa che si depolarizza. Un secondo polarizzatore posizionato sull’obiettivo della fotocamera, orientato a 90 gradi rispetto al primo, blocca la componente speculare e trasmette metà della componente diffusa depolarizzata. L’immagine catturata dalla fotocamera contiene quindi solo il segnale diffuso, con la soppressione del riflesso speculare.
Efficienza del polarizzatore e qualità dell’immagine
Il rapporto di estinzione dei polarizzatori (il rapporto tra la trasmissione lungo l’asse di passaggio e la trasmissione lungo l’asse di blocco) determina l’efficacia della soppressione dell’abbagliamento. I polarizzatori lineari di livello industriale raggiungono rapporti di estinzione di 1000:1 o superiori, sufficienti per le applicazioni più esigenti. La luminosità dell’immagine si riduce di circa un fattore quattro rispetto all’illuminazione non polarizzata, perché il polarizzatore alla sorgente assorbe metà dell’emissione del LED e l’analizzatore assorbe metà del segnale rimanente, ma il miglioramento del contrasto sulle superfici riflettenti compensa la perdita di luminosità.
Applicazioni industriali tipiche
La luce polarizzata è essenziale per l’ispezione di componenti plastici stampati lucidi in cui i difetti superficiali devono essere rilevati attraverso la lucentezza; per il controllo di qualità di componenti metallici verniciati nell’industria automobilistica e dei beni di consumo; per la verifica di componenti ottici rivestiti per rilevare graffi e contaminazione attraverso il rivestimento protettivo; per l’ispezione di prodotti stampati laminati e verniciati in cui la vernice lucida altrimenti oscurerebbe i dettagli stampati; per l’Ispezione di Codici ed Etichette su substrati altamente riflettenti; per il Controllo di Qualità di Imballaggi Farmaceutici lucidi; per l’Ispezione di Superficiali di Vetro e Ceramica per verificare la presenza di inclusioni e bolle; e per tutte le applicazioni in cui l’abbagliamento speculare della superficie di destinazione maschera le caratteristiche di interesse. Le varianti polarizzate sono disponibili all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
Il materiale del polarizzatore deve essere scelto in base alla lunghezza d’onda operativa. I polarizzatori standard in plastica (in genere film dicroici tra fogli acrilici protettivi) coprono la gamma visibile con un’elevata efficienza. I polarizzatori per la gamma UV richiedono materiali speciali come i polarizzatori a griglia metallica o a cristallo. I polarizzatori NIR (Vicino Infrarosso) devono essere specificatamente dimensionati per la lunghezza d’onda operativa per evitare perdite di efficienza al di fuori dell’intervallo visibile.
L’orientamento dei due polarizzatori deve essere esattamente ortogonale (90 gradi) per ottenere la massima soppressione speculare. Qualsiasi disallineamento riduce il rapporto di reiezione e permette al segnale speculare residuo di raggiungere la telecamera. Gli illuminatori polarizzati di livello industriale includono polarizzatori a orientamento fisso con un allineamento preciso fin dalla produzione, semplificando l’integrazione.
Configurazioni polarizzate diffuse e coassiali
La luce polarizzata è più comunemente implementata in combinazione con illuminatori a cupola, a cupola piatta e coassiali, dove la natura diffusa o speculare dell’illuminazione interagisce con la reiezione della polarizzazione in modi diversi. Le configurazioni a cupola polarizzata offrono la massima soppressione dell’abbagliamento sulle superfici riflettenti curve, mentre le configurazioni coassiali polarizzate sono preferibili per gli obiettivi speculari piatti come le schede a circuito stampato e le lamiere stampate. Entrambe le configurazioni sono disponibili nella famiglia di Illuminatori LED a cupola piatta e nella famiglia di Illuminatori LED ad anello nelle loro varianti con opzione polarizzata.
Integrazione e limiti
Gli illuminatori polarizzati si integrano in modo identico alle versioni non polarizzate, con l’aggiunta di orientare correttamente l’analizzatore lato telecamera rispetto al polarizzatore della sorgente. Molti illuminatori industriali includono polarizzatori integrati come opzione di fabbrica, il che semplifica l’integrazione e garantisce un allineamento corretto.
Il limite principale dell’illuminazione polarizzata è la perdita di luminosità, che riduce il rapporto segnale/rumore rispetto all’illuminazione non polarizzata. Questa perdita viene in genere compensata da una maggiore potenza del LED o da un’esposizione più lunga, entrambi compromessi accettabili per migliorare il contrasto su bersagli riflettenti.
L’altra limitazione è la dipendenza dalla lunghezza d’onda dell’efficienza del polarizzatore, che può introdurre leggeri spostamenti di colore nelle applicazioni a luce bianca. Per le ispezioni critiche dal punto di vista cromatico, si consiglia di utilizzare polarizzatori a densità neutra calibrati su tutta la gamma del visibile. Per le applicazioni monocromatiche, questa considerazione non è rilevante. La luce polarizzata è più efficace sulle superfici speculari lisce; sulle superfici fortemente strutturate o opache, la componente diffusa è dominante in ogni caso e la polarizzazione fornisce pochi vantaggi aggiuntivi.
Illuminatori LED polarizzati Roder Vision
Roder Vision progetta Illuminatori LED polarizzati specifici per le applicazioni con polarizzatori di sorgente allineati in fabbrica per l’ispezione industriale di superfici lucide e speculari.
- Gruppi polarizzati ad anello, a cupola e coassiali specifici per l’applicazione – Illuminatori LED personalizzati
- Geometrie ad anello disponibili con opzione sorgente polarizzata in fabbrica – Illuminatore LED ad anello
- Geometrie a cupola piatta con polarizzazione incrociata integrata per l’imaging diffuso coassiale – Illuminatori LED a cupola piatta
L’ispezione polarizzata su linee ad alta velocità richiede un funzionamento sincronizzato a impulsi: il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.