Illuminamento frontale predefinito per superfici opache e semi-opache cooperative
- Angoli moderati di 20-60° producono un ritorno speculare e diffuso per immagini frontali luminose e ricche di contrasto.
- Le caratteristiche appaiono scure su uno sfondo chiaro quando diffondono o assorbono la componente speculare.
- Ideale per OCR (Riconoscimento Ottico dei Caratteri), lettura di codici 1D/2D, etichette stampate, plastica stampata, metallo lavorato e verifiche generali di assemblaggio.
- Le sorgenti azimutali multiple (anelli, barre accoppiate o array di quattro sorgenti) annullano le ombre direzionali.
- Il compromesso tra LED diretto e pannello diffuso determina la soppressione dell’abbagliamento rispetto al contrasto locale.
- Non è adatto a superfici altamente speculari o fortemente curve – si devono prendere in considerazione configurazioni a cupola, a cupola piatta o in campo scuro.
L’illuminazione in campo chiaro è la configurazione di illuminazione frontale predefinita nella Visione Artificiale, che opera con angoli di incidenza moderati tra circa 20 e 60 gradi rispetto all’asse ottico. Produce immagini luminose e ricche di contrasto di superfici cooperative ed è la geometria rispetto alla quale vengono confrontate tutte le altre configurazioni basate sull’angolo. Il termine deriva dal fatto che la maggior parte della superficie ispezionata appare luminosa nell’immagine risultante, mentre le caratteristiche di interesse appaiono come variazioni di contrasto scuro su questo sfondo luminoso.
Principio di funzionamento dell’Illuminatore in Campo Luminoso
In una configurazione a campo chiaro, l’illuminatore è posizionato in modo che il suo asse di emissione formi un angolo moderato con l’asse ottico della telecamera. La luce che colpisce la superficie del bersaglio genera una riflessione speculare che, per le superfici orientate approssimativamente perpendicolarmente alla fotocamera, ritorna verso il Sensore e contribuisce in modo sostanziale alla luminosità dell’immagine. La componente diffusa, che viene diffusa in tutte le direzioni, contribuisce a creare una luminosità uniforme in tutta l’immagine.
La combinazione dei contributi speculari e diffusi produce un’immagine la cui luminosità media è elevata (quindi campo chiaro) e il cui contrasto è determinato dalle variazioni locali dell’orientamento, della riflettanza e della struttura della superficie. Le caratteristiche che disperdono la luce lontano dalla fotocamera, come bordi, rientranze e segni assorbenti, appaiono più scure rispetto alla superficie circostante; le caratteristiche che aumentano il ritorno speculare, come i segni riflettenti in rilievo, appaiono più luminose.
Campo chiaro e coassiale: Una distinzione geometrica
L’Illuminazione in campo chiaro e quella coassiale si basano entrambe sul riflesso speculare che raggiunge la telecamera, ma si differenziano per l’angolo in cui avviene il riflesso. L’Illuminazione Coassiale (On-axis) opera ad angolo zero e produce la massima luminosità sulle superfici piane perpendicolari all’asse ottico. Il campo luminoso opera ad angoli moderati e produce una dipendenza leggermente inferiore dalla perfetta perpendicolarità, con il compromesso di una maggiore sensibilità all’inclinazione e alla struttura della superficie.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione in campo chiaro è la scelta standard per il riconoscimento ottico dei caratteri (OCR) su substrati cooperativi; la lettura di codici unidimensionali e bidimensionali su etichette e imballaggi stampati; l’ispezione generica di parti in plastica e metallo lavorate; il controllo di qualità di supporti stampati per la copertura dell’inchiostro, la registrazione e l’accuratezza del colore; l’ispezione superficiale di tessuti e nastri di carta; la verifica di componenti assemblati su linee di produzione; la lettura di codici data e numeri di lotto su imballaggi; e qualsiasi applicazione di illuminazione frontale in cui la superficie è cooperativa e le caratteristiche di interesse producono un contrasto sufficiente contro lo sfondo luminoso. Queste applicazioni sono tipicamente servite dalle famiglie di Illuminatori LED ad anello, Illuminatori LED a barra e Illuminatori LED a pannello nelle loro configurazioni a emissione diretta.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
L’angolo di incidenza è il parametro principale di progettazione. Angoli compresi tra 20 e 30 gradi producono un campo luminoso quasi coassiale con un forte ritorno speculare e un’elevata sensibilità all’inclinazione della superficie. Gli angoli tra i 30 e i 60 gradi producono un campo luminoso bilanciato con una buona combinazione di contributi speculari e diffusi e una moderata tolleranza alle variazioni della superficie. Gli angoli superiori a 60 gradi si avvicinano al comportamento del campo scuro e diventano inefficienti come configurazioni di campo luminoso.
La distribuzione angolare dell’Illuminatore LED (controllata dal packaging del LED e da un eventuale diffusore frontale) determina se la configurazione del campo luminoso produce riflessi speculari netti o un’illuminazione più morbida e uniforme. I LED diretti con angoli di emissione stretti producono un campo luminoso duro con un elevato contrasto locale. I pannelli diffusi producono un campo luminoso morbido con riflessi ridotti sulle superfici lucide e un contrasto locale inferiore sulle superfici strutturate.
Combinazione di più sorgenti di campo luminoso
L’illuminazione a campo chiaro è raramente utilizzata con una sola sorgente nelle stazioni di ispezione di produzione. Più sorgenti di campo chiaro con diversi angoli azimutali intorno alla telecamera forniscono una simmetria direzionale e annullano le ombre direzionali che una singola sorgente produrrebbe. Due sorgenti contrapposte, quattro sorgenti disposte a quadrato o luci ad anello rappresentano tutte configurazioni di campo luminoso a più sorgenti che differiscono principalmente per l’uniformità della copertura angolare.
Integrazione e limiti
L’Illuminatore a campo chiaro è meccanicamente semplice da integrare, con la sorgente montata sulla stessa struttura di supporto della telecamera a un angolo fisso. Le dimensioni compatte dei tipici illuminatori a campo chiaro consentono l’installazione in celle d’ispezione ristrette, configurazioni a più stazioni e dispositivi robotici finali. Il consumo di energia e la dissipazione di calore sono moderati rispetto alle configurazioni coassiali o in campo oscuro di intensità equivalente.
Il principale limite ottico del campo chiaro è la sua sensibilità alle variazioni della superficie. Su bersagli altamente speculari, il campo chiaro produce un forte bagliore che può saturare il Sensore in regioni localizzate. Su bersagli fortemente curvi, l’orientamento mutevole della superficie produce gradienti di intensità che mascherano le caratteristiche di interesse. In questi casi, è necessario prendere in considerazione configurazioni a cupola, a cupola piatta o in campo scuro. Il campo chiaro rimane la configurazione di illuminazione frontale più efficiente e più generica per gli obiettivi opachi e semi-opachi cooperativi, che rappresentano la maggior parte delle attività di ispezione industriale.
Illuminatori LED per campi luminosi Roder Vision
Roder Vision progetta e produce Illuminatori LED progettati per geometrie di campo luminoso in applicazioni di visione industriale, con configurazioni ad anello, a barra e a pannello per obiettivi cooperativi opachi e semi-opachi.
- Geometrie ad anello multi-azimutali per un campo luminoso bilanciato dalle ombre – Illuminatori LED ad anello
- Configurazioni lineari per l’ispezione di campi luminosi allungati – Illuminatori LED a barra
- Geometrie di pannelli per grandi aree di ispezione in campo chiaro – Illuminatori LED a pannello
- Gruppi di campo luminoso multiangolo specifici per le applicazioni – Illuminatori LED personalizzati
Per le linee di ispezione ad alta velocità che richiedono un’illuminazione pulsata sincronizzata in campo chiaro, il catalogo RODER include driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.