Retroilluminatore Collimato a Raggi Paralleli per Misurazione Dimensionale Sub-Pixel
- I raggi paralleli collimati emettono da un’apertura confinata tramite un’ottica di Fresnel o un’ottica di collimazione a più elementi.
- Definizione dei bordi sub-pixel indipendente dalla posizione dell’oggetto all’interno della profondità di disegno – ideale per la metrologia di precisione.
- La soluzione migliore per pezzi stampati, componenti lavorati, profili di ingranaggi, metrologia di contenitori farmaceutici con precisione micrometrica.
- Abbina un obiettivo telecentrico per completare l’invarianza geometrica rispetto alla posizione della profondità di campo.
- Angolo telecentrico inferiore a 1° per la massima nitidezza dei bordi; limita proporzionalmente la profondità del disegno.
- Profondità meccanica 2-3 volte superiore a quella di un Retroilluminatore Collimato equivalente, grazie alla geometria dell’ottica di collimazione.
L’Illuminatore Telecentrico fornisce raggi paralleli collimati da un’apertura di uscita limitata, producendo i bordi netti con definizione sub-pixel che le applicazioni di Misurazione Dimensionale di alta precisione richiedono. Emettendo luce solo lungo le direzioni parallele all’asse ottico del sistema di imaging, una retroilluminazione telecentrica elimina l’effetto di “edge-blooming” che limita l’accuratezza delle retroilluminazioni diffuse e consente una ripetibilità delle misure a livello di micrometri.
Principio di funzionamento dei Retroilluminazione Telecentrica
Un sistema di Retroilluminatore Collimato è costituito da una sorgente LED posizionata sul piano focale di un gruppo ottico collimato, in genere una lente di Fresnel o un sistema di rifrazione a più elementi. L’ottica di collimazione converte l’emissione divergente del LED in un fascio di raggi paralleli che escono dal retroilluminatore in un intervallo angolare ristretto, in genere a pochi gradi dall’asse ottico. Il risultato è un fascio che si comporta geometricamente come la luce di una sorgente puntiforme infinitamente distante. Le alternative di retroilluminazione Diffusa sono disponibili come standard nella famiglia dei Retroilluminatori LED, mentre le varianti telecentriche sono progettate su richiesta nel portafoglio degli Illuminatori LED personalizzati.
Quando il bersaglio è posizionato in questo fascio collimato, solo i raggi paralleli all’asse ottico possono passare intorno all’oggetto e raggiungere la fotocamera. I raggi che divergono dall’asse ottico non raggiungono l’apertura della telecamera e non vengono visti. L’occlusione geometrica prodotta dall’oggetto è quindi indipendente dalla posizione dell’oggetto all’interno del Campo di Vista e i bordi dell’oggetto appaiono con una nitidezza inferiore al pixel indipendentemente dalla profondità a cui si trova l’oggetto.
Il vantaggio geometrico della collimazione
Il vantaggio principale del Retroilluminatore Collimato è l’eliminazione del blooming dei bordi causato dai raggi luminosi che passano davanti all’oggetto. In un controluce diffuso standard, la luce raggiunge l’oggetto da un’ampia gamma di angolazioni e i raggi con angoli diversi da quelli paralleli all’asse ottico possono passare intorno ai bordi di piccoli elementi e raggiungere la fotocamera, producendo una morbida sfocatura dei bordi. In un controluce telecentrico sono presenti solo raggi paralleli e i bordi vengono riprodotti con la massima nitidezza.
Applicazioni industriali tipiche
I retroilluminatori telecentrici sono essenziali per la misurazione dimensionale ad alta precisione di parti metalliche stampate, componenti lavorati e alberi torniti, dove è richiesta un’accuratezza a livello di micrometri; il controllo qualità dei diametri dei fori, delle larghezze delle scanalature e dei profili dei denti di ingranaggi e cambi; l’ispezione di piccole parti lavorate come elementi di fissaggio, perni e connettori; metrologia dei diametri dei colli dei contenitori farmaceutici e della geometria delle pillole; verifica dei profili tagliati al laser nelle lamiere; Ispezione Dimensionale di componenti in plastica stampati a iniezione; e qualsiasi applicazione in cui l’accuratezza della misurazione si avvicina o supera il decimo di pixel dell’immagine della telecamera.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
L’area di emissione attiva del controluce telecentrico deve coprire l’intero campo visivo della telecamera con un margine adeguato per mantenere la nitidezza dei bordi sull’intera immagine. A differenza dei retroilluminatori diffusi, in cui la nitidezza dei bordi si degrada in tutto il campo, i retroilluminatori telecentrici mantengono una nitidezza costante finché l’oggetto si trova all’interno del fascio collimato.
L’angolo telecentrico (la massima deviazione dai raggi paralleli) è la specifica critica. Un angolo telecentrico più piccolo (in genere inferiore a un grado) offre una migliore nitidezza dei bordi, ma richiede ottiche di collimazione più sofisticate e limita la profondità di campo su cui vale l’approssimazione dei raggi paralleli.
La combinazione con un obiettivo telecentrico sulla fotocamera completa la configurazione di misurazione di precisione. Un obiettivo telecentrico accetta solo raggi paralleli al suo asse ottico, facendo coincidere l’accettazione angolare con l’emissione angolare del retroilluminazione. Il sistema risultante è indipendente dalla posizione dell’oggetto all’interno della profondità di campo, fornendo l’invarianza geometrica necessaria per una misurazione ripetibile.
Considerazioni spettrali e di guida
I Retroilluminatori Telecentrici monocromatici sono preferiti per le applicazioni di misurazione perché riducono al minimo l’aberrazione cromatica delle ottiche di collimazione e dell’obiettivo della telecamera. Le lunghezze d’onda rosse o verdi offrono la migliore combinazione di efficienza dei LED, sensibilità del Sensore e correzione dell’obiettivo. Il funzionamento stroboscopico è consigliato per l’ispezione di obiettivi in movimento, per bloccare il movimento all’interno della finestra di esposizione.
Integrazione e limiti
I retroilluminatori telecentrici sono più ingombranti dei retroilluminatori a tasteggio di area attiva equivalente a causa delle ottiche di collimazione che devono essere posizionate alla distanza focale dalla sorgente LED. L’involucro meccanico della retroilluminazione è in genere da due a tre volte più profondo di una retroilluminazione diffusa con la stessa area di emissione, il che può limitare l’integrazione in celle di ispezione ristrette.
La principale limitazione ottica è la profondità limitata in cui l’approssimazione dei raggi paralleli è valida. Al di fuori della profondità di progetto, i raggi divergono gradualmente e la nitidezza dei bordi si riduce. La profondità di progetto è tipicamente specificata dal produttore e varia da pochi millimetri per i retroilluminatori compatti ad alta precisione a diverse centinaia di millimetri per i sistemi telecentrici di grande formato. Per gli oggetti che si estendono oltre la profondità di progetto, la nitidezza del bordo diventa dipendente dalla posizione e può compromettere l’accuratezza della misurazione.
L’altra limitazione è il costo. I retroilluminatori telecentrici sono significativamente più costosi delle versioni diffuse di dimensioni equivalenti, il che riflette la precisione delle ottiche di collimazione. La scelta di un retroilluminatore telecentrico è quindi giustificata principalmente da requisiti di misurazione di precisione che non possono essere soddisfatti da retroilluminatori diffusi più semplici.
Illuminatori Telecentrici di Roder Vision
Roder Vision progetta gruppi di retroilluminatori LED telecentrici specifici per le applicazioni con ottiche di collimazione calibrate per l’ispezione visiva industriale che richiede una precisione di misurazione Dimensionale sub-pixel.
- Gruppi di retroilluminatori telecentrici e ottiche di collimazione specifici per l’applicazione – Illuminatori LED personalizzati
- Portafoglio di retroilluminazione diffusa standard per applicazioni di trasmissione non-telecentriche – Illuminatori Retroilluminatore LED
Il funzionamento del Retroilluminatore LED stroboscopico per i bersagli in movimento richiede una sincronizzazione precisa della telecamera: il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controller elettronici compatibili con i controllori e i PLC della Visione Artificiale.