Diffusore e qualità della luce

Selezione della giusta geometria di Diffusore per l’ispezione visiva industriale

• La diffusione controlla la morbidezza delle ombre, la soppressione dei riflessi e il contrasto delle superfici su ogni obiettivo industriale.
• Le sorgenti ad alta diffusione (cupola, cupola piatta, SCDI) sopprimono i riflessi speculari sulle superfici lucide o fortemente curve.
• Le sorgenti a bassa diffusione preservano il contrasto direzionale e migliorano le caratteristiche tridimensionali come graffi, ammaccature e rilievi.
• L’ottica della superficie e il tipo di elemento determinano entrambi la scelta della diffusione: nessuno dei due parametri è sufficiente da solo.
• La diffusione costa un flusso di fotoni: dal 30 al 60% di intensità in meno rispetto a una sorgente direzionale equivalente con lo stesso numero di LED.
• La polarizzazione incrociata può essere aggiunta quando la diffusione massima da sola non è in grado di sopprimere i riflessi speculari su superfici complesse.

La diffusione della luce è il parametro che determina il modo in cui i fotoni emessi da una sorgente LED vengono distribuiti nell’angolo prima di raggiungere il bersaglio ispezionato. Una sorgente perfettamente collimata illumina il bersaglio con raggi paralleli provenienti da un’unica direzione, generando forti ombre e netti riflessi speculari. Una sorgente perfettamente diffusa illumina il bersaglio da ogni direzione simultaneamente, eliminando le ombre e attenuando i riflessi. La scelta del corretto livello di diffusione è una delle decisioni più sottili e conseguenti nella progettazione di un sistema di visione e interagisce direttamente con il comportamento ottico della superficie del bersaglio.

Perché il Diffusore è importante nell’imaging industriale

L’ispezione industriale è dominata da superfici che non sono né perfettamente opache né perfettamente speculari. Pannelli metallici verniciati, plastica stampata, alluminio spazzolato, parti anodizzate, contenitori di vetro, elettronica rivestita e imballaggi stampati riflettono la luce in modo misto, con una componente speculare direzionale sovrapposta a una componente diffusa che varia a seconda della struttura della superficie. Il contrasto generato da un Illuminatore su questo tipo di superficie dipende non solo dalla posizione della sorgente ma anche dalla sua estensione angolare, cioè dalla sua diffusione.

Le sorgenti altamente direzionali producono riflessi speculari nitidi che possono saturare il sensore in aree localizzate, mascherando le caratteristiche di interesse. Le sorgenti altamente diffuse producono un’illuminazione uniforme e priva di riflessi, ma al costo di un minor contrasto locale sulle caratteristiche tridimensionali. Il giusto livello di diffusione si colloca a metà tra questi estremi e dipende dal materiale della superficie e dal tipo di elemento da rilevare.

Configurazioni di Diffusore trattate in questa sezione

Diffusore di luce

La luce diffusa descrive un Illuminatore LED che incorpora un elemento ottico diffondente, in genere una pellicola smerigliata o olografica, davanti all’array di LED. Il risultato è un’illuminazione morbida e priva di abbagliamento che mantiene una certa direzionalità ed è adatta a superfici cooperative non fortemente speculari. Gli Illuminatori LED standard con diffusori smerigliati rientrano in questa categoria.

Illuminatore a Cupola

Gli illuminatori a cupola portano la diffusione all’estremo circondando l’oggetto ispezionato con una superficie di diffusione emisferica, producendo una luce che arriva da ogni direzione all’interno dell’emisfero superiore. L’Illuminatore che ne deriva elimina i riflessi speculari da qualsiasi orientamento della superficie e rappresenta il gold standard per l’ispezione di oggetti altamente riflettenti o fortemente curvi. Le geometrie a cupola sono generalmente progettate come unità specifiche per ogni applicazione all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati.

Cupola piatta

Gli Illuminatori a Cupola Piatta offrono un effetto equivalente a quello di una cupola intera in un pacchetto compatto e di basso profilo. Combinando un Divisore di Fascio semi-riflettente con array di LED a emissione laterale, la cupola piatta genera un’illuminazione diffusa e coassiale, ideale per gli spazi di integrazione ristretti in cui non è disponibile lo spazio verticale per una cupola completa. La famiglia di Illuminatori LED a cupola piatta è stata progettata appositamente per questa geometria.

Illuminazione Diffusa Continua Quadrata (SCDI)

SCDI estende il principio di diffusione agli obiettivi riflettenti allungati avvolgendo l’area di ispezione in un tunnel di diffusione a sezione quadrata. Il risultato è un’illuminazione uniforme e priva di ombre per tutta la lunghezza della superficie ispezionata, ideale per bottiglie cilindriche, profili metallici e imballaggi riflettenti di forma allungata.

Come la diffusione interagisce con la superficie e la caratteristica

Il livello di diffusione corretto viene selezionato considerando due parametri: il comportamento ottico della superficie e il tipo di caratteristica da rilevare.

Per le superfici altamente speculari come il metallo lucido, il vetro e i rivestimenti a specchio, è necessaria la massima diffusione per evitare i riflessi speculari saturi che maschererebbero l’area di ispezione. Le configurazioni a cupola e a cupola piatta sono la scelta naturale. Per le superfici opache come l’alluminio grezzo, la carta o la plastica non verniciata, una diffusione inferiore è accettabile e spesso preferibile perché l’illuminazione direzionale esalta la texture e le caratteristiche tridimensionali.

Il tipo di elemento da rilevare rafforza questa scelta. Le caratteristiche bidimensionali come marchi stampati, codici ed etichette beneficiano di un’illuminazione diffusa e uniforme che sopprime il rilievo della superficie ed enfatizza il contrasto della stampa. Le caratteristiche tridimensionali, come graffi, ammaccature, rilievi e dettagli lavorati, beneficiano di un’illuminazione più direzionale che genera ombre lungo i bordi della caratteristica.

Considerazioni pratiche sul design

La diffusione non è gratuita. Ogni elemento diffondente assorbe una frazione dell’emissione del LED e riduce il flusso di fotoni che raggiunge il bersaglio. Una sorgente altamente diffusa fornisce in genere dal 30 al 60% di intensità in meno alla distanza di lavoro rispetto a una sorgente direzionale equivalente. Questa perdita deve essere compensata da una maggiore densità di LED, da tempi di esposizione più lunghi o dal funzionamento stroboscopico, che a loro volta incidono sul costo complessivo e sulla complessità del sistema di visione.

Le sorgenti diffuse occupano anche più spazio fisico rispetto alle sorgenti direzionali. Una cupola piena richiede uno spazio verticale pari al suo diametro, il che può essere incompatibile con le strutture di trasporto o i bracci robotici. Le configurazioni a cupola piatta risolvono parzialmente questo problema al costo di un’uniformità di diffusione leggermente inferiore.

Il contenuto spettrale interagisce con la diffusione in due modi. Il diffusore stesso può essere leggermente selettivo in termini di lunghezza d’onda, attenuando in modo diverso le diverse lunghezze d’onda dei LED. Inoltre, la luce diffusa viene filtrata meno facilmente dalla telecamera, perché arriva a tutte le angolazioni e un filtro Passa-banda stretto ottimizzato per l’incidenza normale può rifiutare parte del segnale ad angoli radenti. Questi effetti secondari sono di solito minimi, ma devono essere presi in considerazione in applicazioni critiche.

Quando la diffusione non è sufficiente

Esistono applicazioni in cui nemmeno la massima diffusione è in grado di sopprimere i riflessi superficiali, in genere quando l’obiettivo è una sfera levigata o una superficie curva complessa con più sfaccettature riflettenti. In questi casi, l’unica soluzione è combinare la massima diffusione con la polarizzazione incrociata: un polarizzatore lineare alla sorgente e un analizzatore incrociato all’obiettivo della telecamera sopprimono insieme la componente speculare preservando il segnale diffuso. Le pagine dedicate in questa sezione esaminano in dettaglio ogni configurazione di diffusione, compresa l’analisi del percorso del raggio, le prestazioni previste su superfici rappresentative, i vincoli di integrazione e le combinazioni con polarizzazione, filtri e immagini strutturate.

Illuminatori LED diffusi Roder Vision

Roder Vision progetta e produce Illuminatori LED progettati per l’intera gamma di strategie di diffusione descritte in questa sezione, con un portafoglio che comprende pannelli diffusivi generici, geometrie compatte a cupola piatta e configurazioni a tunnel e a cupola per applicazioni specifiche.

• Geometrie frontali a pannello diffuso – Illuminatori LED a pannello
• Geometrie diffuse coassiali compatte – Illuminatori LED a cupola piatta
• Geometrie di diffusione a cupola, a tunnel e per altre applicazioni specifiche – Illuminatori LED personalizzati
• Geometrie a diffusione trasmessa retroilluminate – Illuminatori LED Retroilluminazione

Per le linee di ispezione ad alta velocità che richiedono un’Illuminazione Diffusa sincronizzata, pulsata o stroboscopica, il catalogo RODER comprende driver LED e controllori elettronici dedicati, nonché cavi industriali e sistemi di fissaggio progettati per l’integrazione diretta con i sistemi di Visione Artificiale e i PLC.