Inversione del contrasto di incidenza radente per il rilevamento di micro-figure
- Angoli di radiazione di 5-20° deviano il riflesso speculare lontano dalla telecamera, lasciando un’immagine di sfondo scura.
- Graffi, bordi, rilievi e segni laser diffondono la luce nel sensore e appaiono luminosi sul campo scuro.
- Il contrasto è largamente indipendente dalla riflettanza assoluta, rendendo il campo scuro robusto su substrati di metallo, plastica e PCB.
- Le configurazioni ad anello offrono una copertura isotropa a 360°; le configurazioni a barra enfatizzano i difetti sensibili alla direzione.
- Le lunghezze d’onda monocromatiche blu o rosse ottimizzano l’efficienza di diffusione su caratteristiche rispettivamente micron e sub-millimetriche.
- Non è adatto per le superfici strutturate, opache o fortemente curve: si consiglia di prendere in considerazione la cupola o il campo luminoso.
L’Illuminazione in campo scuro è l’inverso geometrico del campo chiaro: dirigendo la luce sul bersaglio con un angolo di radente molto basso, il campo scuro devia la riflessione speculare delle superfici piane lontano dalla fotocamera e cattura solo le componenti diffuse e disperse che provengono dalle caratteristiche della superficie. Il risultato è un’immagine di sfondo scura in cui graffi, bordi, rilievi, segni incisi al laser e micro-difetti appaiono come caratteristiche luminose, un’inversione del contrasto che semplifica notevolmente il rilevamento di piccole anomalie superficiali su substrati altrimenti lisci.
Principio di funzionamento dell’Illuminatore in Campo Oscuro
Un Illuminatore in campo oscuro viene posizionato in modo che la luce colpisca il bersaglio con un angolo radente, in genere compreso tra 5 e 20 gradi rispetto al piano della superficie. Su una superficie piatta e liscia, la riflessione speculare di questa luce segue la legge della riflessione e viaggia in una direzione simmetrica rispetto al raggio in entrata, ben lontano dalla telecamera montata sopra l’obiettivo. Il sensore non riceve quindi alcun segnale dalle regioni piatte della superficie, che appaiono scure nell’immagine.
Le caratteristiche della superficie che si discostano da questa linea di base piatta (micrograffi, bordi, goffrature, segni laser, stampe in rilievo, particelle di polvere) diffondono la luce in entrata in tutte le direzioni, anche verso la fotocamera. Queste caratteristiche appaiono quindi luminose rispetto allo sfondo scuro, con un contrasto che è largamente indipendente dalla riflettanza assoluta della superficie.
Configurazioni di campo scuro ad anello e lineari
L’illuminazione in campo scuro può essere realizzata come un anello circolare che circonda il bersaglio con un’illuminazione radente a 360 gradi (la configurazione più comune per i campi di ispezione di piccole dimensioni), tipicamente fornita dalle Luce ad Anello LED ad Anello Basso Angolo della serie DC2, oppure come una o più barre lineari che forniscono un’illuminazione in campo scuro da una o più direzioni selezionate (la configurazione standard per le superfici di grandi dimensioni o per il rilevamento di difetti sensibili alla direzione), implementata con la famiglia di Illuminatori LED a Barra. La scelta tra queste configurazioni dipende dal fatto che i difetti di interesse siano orientati isotropicamente o abbiano una direzione preferita.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione in campo scuro è la geometria dominante per il rilevamento di graffi, abrasioni e microdifetti superficiali su bersagli piatti o debolmente curvi; la lettura di marchi di parti in Plastica incisi al laser, puntificati e incisi elettrochimicamente su substrati metallici; l’ispezione di caratteristiche in rilievo su imballaggi in plastica e metallo; controllo della qualità dei circuiti stampati per verificare la presenza di ponti di saldatura, contaminazione e difetti superficiali; verifica di componenti micro-meccanici per verificare la presenza di bave e difetti di lavorazione; ispezione di pellicole di plastica e nastri di carta per verificare la presenza di contaminazione superficiale e inclusioni; e qualsiasi applicazione in cui le caratteristiche di interesse sono anomalie superficiali sub-millimetriche su una superficie altrimenti liscia.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
L’angolo di radiazione è il parametro critico. Angoli molto bassi (da 5 a 10 gradi) producono il massimo contrasto sulle microcaratteristiche della superficie, ma richiedono un bersaglio piatto e ben allineato; anche piccole variazioni nell’altezza o nell’inclinazione del bersaglio possono introdurre variazioni di intensità in tutto il campo di vista. Angoli di radiazione più elevati (da 10 a 20 gradi) offrono una maggiore tolleranza nel posizionamento del bersaglio al costo di un contrasto leggermente ridotto sulle microcaratteristiche.
La copertura angolare dell’illuminatore in campo scuro determina la direzionalità dell’ispezione. Un anello completo copre tutte le direzioni azimutali allo stesso modo e rileva gli elementi indipendentemente dal loro orientamento. Una barra lineare copre una sola direzione e rileva preferibilmente gli elementi perpendicolari a quella direzione. Per l’ispezione di caratteristiche direzionali come le tracce di lavorazione o l’orientamento dei grani, è possibile utilizzare in sequenza più barre con angoli azimutali diversi per estrarre informazioni aggiuntive.
Considerazioni spettrali e polarizzazione
Gli Illuminatori a Banda Stretta sono molto diffusi perché consentono un filtraggio a banda stretta sulla telecamera per respingere la luce ambientale. La lunghezza d’onda viene selezionata per ottenere la massima efficienza di diffusione sulle caratteristiche del bersaglio, che dipende dalle dimensioni e dal materiale dei difetti. Il campo scuro rosso e quello vicino all’infrarosso sono preferiti per le caratteristiche sub-millimetriche su metallo e plastica, mentre il campo scuro blu è preferito per le caratteristiche molto piccole (pochi micrometri) perché le lunghezze d’onda più corte si disperdono in modo più efficiente dalle strutture piccole.
Integrazione e limiti
Il principale vincolo meccanico dell’Illuminatore in campo oscuro è il requisito dell’accesso a basso angolo al bersaglio, che può essere difficile nelle linee di produzione con spazio laterale limitato. Le luci ad anello per campo scuro compatte, montate appena sopra il piano del bersaglio, risolvono questo problema in molte applicazioni, ma richiedono un’attenta coordinazione con la struttura del trasportatore per evitare interferenze.
Il campo scuro non è efficace su superfici fortemente strutturate o opache, dove la componente diffusa è già dominante e il contrasto tra regioni piatte e caratteristiche è ridotto. È meno efficace anche sulle superfici fortemente curve, dove le variazioni locali nell’orientamento della superficie introducono variazioni di intensità che mascherano il contrasto desiderato delle caratteristiche. Per queste superfici è necessario prendere in considerazione l’illuminazione a cupola o in campo chiaro. Il campo scuro eccelle sulle superfici piatte, lisce e semi-speculari, dove fornisce un contrasto sulle micro-figure che nessun’altra geometria può eguagliare.
Illuminatori LED per campo scuro Roder Vision
Roder Vision produce Illuminatori LED dedicati, progettati per geometrie di incidenza in campo oscuro nelle applicazioni di visione industriale, con un portafoglio che comprende anelli a basso angolo, configurazioni di barre direzionali e gruppi in campo oscuro per applicazioni specifiche.
- Geometrie ad anello a 360 gradi ad angolo ridotto (Serie DC2) – Illuminatori LED ad anello
- Configurazioni lineari direzionali in campo oscuro per campi allungati – Illuminatori LED a barra
- Geometrie di campo scuro specifiche per applicazioni, per celle di ispezione non standard – Illuminatori LED personalizzati
Per il funzionamento sincronizzato in campo oscuro pulsato su linee ad alta velocità, il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.