Illuminamento pulsato sincronizzato per ispezioni ad alta velocità con congelamento del movimento
- Brevi impulsi LED sincronizzati con l’esposizione della fotocamera forniscono il picco del flusso di fotoni solo durante la finestra di integrazione.
- Ampiezze dell’Impulso da decine a centinaia di microsecondi rimangono ben al di sotto della costante di tempo termica millisecondo della giunzione LED.
- Ideale per nastri Trasportatori ad Alta Velocità, stampa a bobina, linee di riempimento, Lettura Codici e Ispezione su Nastro Trasportatore ad Alta Velocità con velocità superiori a 100 pezzi/sec.
- Corrente di Picco pari o moderatamente superiore al valore nominale continuo con cicli di lavoro tipicamente inferiori al 10%.
- La compensazione programmabile del ritardo del cavo allinea l’impulso del LED con l’esposizione della telecamera entro microsecondi.
- È necessario un cablaggio schermato conforme alle norme EMC (Compatibilità Elettromagnetica) per gestire le emissioni radiate e condotte ad alto di/dt.
Il funzionamento stroboscopico sincronizza brevi impulsi LED ad Alta Intensità con l’esposizione della telecamera, fornendo un flusso di fotoni di picco durante la finestra di integrazione e una corrente di riposo al di fuori di essa. Questa modalità operativa è il cavallo di battaglia della visione artificiale ad alta velocità, in quanto consente di congelare il movimento in pochi microsecondi mantenendo la dissipazione media di energia sufficientemente bassa per una gestione termica passiva compatta. Il funzionamento stroboscopico può moltiplicare la luminosità effettiva dell’immagine per un fattore da due a cinque rispetto al funzionamento continuo alla stessa potenza media.
Principio di funzionamento del funzionamento Strobed
Un driver LED stroboscopico fornisce una corrente pulsata all’array di LED, sincronizzata con un segnale di trigger esterno che definisce l’inizio e la durata di ogni impulso. Durante l’impulso, la corrente del LED raggiunge il suo valore di picco, che può essere pari o leggermente superiore al valore nominale continuo a seconda del ciclo di lavoro. Tra un impulso e l’altro, il LED rimane a corrente zero o a una bassa corrente di standby che può essere utilizzata per l’allineamento. La generazione degli impulsi e la sincronizzazione del trigger sono garantite dai driver LED e dai controllori elettronici dedicati presenti nel catalogo RODER.
L’intensità di picco durante l’impulso è significativamente più alta dell’intensità media che lo stesso LED potrebbe sostenere in modo continuo, perché la costante di tempo termica della giunzione del LED è tipicamente nell’ordine dei millisecondi, mentre la durata dell’impulso nello strobing industriale è tipicamente di decine o centinaia di microsecondi. La giunzione del LED non ha quindi il tempo di riscaldarsi durante l’impulso e la potenza media rimane bassa perché il ciclo di funzionamento è in genere inferiore al 10%.
Ampiezza dell’Impulso, Ciclo di Lavoro e Corrente di Picco
I tre parametri principali del funzionamento stroboscopico sono l’ampiezza dell’impulso, il duty cycle e la corrente di picco. L’ampiezza dell’impulso determina la finestra di esposizione e deve corrispondere al tempo di esposizione della telecamera. Il ciclo di lavoro è il rapporto tra la larghezza dell’impulso e l’intervallo di ripetizione e determina la potenza media dissipata. La corrente di picco determina l’intensità di picco e deve essere specificata all’interno dell’area operativa sicura definita dal produttore del LED per la larghezza dell’impulso e il ciclo di lavoro scelti.
Applicazioni industriali tipiche
Il funzionamento in modalità stroboscopica è la scelta standard per l’ispezione di nastri trasportatori ad alta velocità, dove i pezzi passano attraverso il campo di vista a centinaia o migliaia di unità al minuto; l’ispezione della qualità di stampa su macchine da stampa a bobina che operano a diversi metri al secondo; la verifica di bottiglie, lattine e contenitori su linee di riempimento a centinaia di unità al minuto; la lettura di codici su prodotti in movimento nella logistica e nell’imballaggio; il controllo di qualità di parti metalliche stampate e di componenti elettronici nella produzione di grandi volumi; l’Ispezione su Nastro Trasportatore ad Alta Velocità di carta, film e tessuti; e qualsiasi applicazione che richieda la combinazione di tempi di esposizione brevi per il congelamento del movimento e di un adeguato rapporto segnale/rumore della telecamera. Le varianti in modalità stroboscopica sono disponibili nelle famiglie di Illuminatori LED ad anello, Illuminatori LED a barra e Illuminatori LED a pannello.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
L’ampiezza dell’impulso viene selezionata in modo da corrispondere al tempo di esposizione della telecamera, che a sua volta dipende dalla massima sfocatura di movimento consentita sul bersaglio ispezionato. Per una sfocatura di movimento inferiore a un pixel, la larghezza dell’impulso deve essere inferiore al tempo impiegato dal bersaglio per avanzare di un pixel alla velocità del trasportatore.
La corrente di picco viene selezionata all’interno dell’area di funzionamento sicura indicata dal produttore del LED, tenendo conto dell’ampiezza dell’impulso e del ciclo di funzionamento. Il funzionamento conservativo alla corrente continua nominale, pulsata per brevi periodi, garantisce un funzionamento affidabile con un rischio minimo per la durata del LED. Correnti di picco più elevate portano al funzionamento in overdrive, che viene trattato in una sezione dedicata.
L’architettura di sincronizzazione deve allineare l’impulso del LED con l’esposizione della telecamera entro microsecondi. I driver stroboscopici di livello industriale specificano il ritardo di propagazione dall’ingresso del trigger all’aumento di corrente del LED e forniscono una compensazione programmabile per allineare l’impulso alla finestra di esposizione.
Compatibilità elettromagnetica
Il funzionamento stroboscopico comporta correnti di picco elevate con transizioni veloci, che generano interferenze elettromagnetiche. I driver strobed di livello industriale includono un filtro per ridurre le emissioni condotte e il cablaggio tra il driver e il gruppo di LED deve essere corto e schermato per ridurre al minimo le emissioni irradiate. Il catalogo di cavi e sistemi di fissaggio RODER include cablaggi schermati progettati per installazioni stroboscopiche per garantire la conformità agli standard di compatibilità elettromagnetica negli ambienti industriali.
Integrazione e limiti
Il funzionamento stroboscopico richiede un segnale di sincronizzazione dal controller di visione o dalla telecamera, che deve essere collegato all’ingresso di attivazione del Driver LED. La maggior parte delle moderne telecamere industriali dispone di un’uscita stroboscopica specificamente progettata per questo scopo e la maggior parte dei controller di visione supporta il controllo stroboscopico dei LED come caratteristica standard.
Il limite principale del funzionamento stroboscopico è il requisito della sincronizzazione, che aggiunge complessità all’integrazione del sistema e richiede un’attenta gestione dei ritardi dei cavi e dei tempi di attivazione. Il funzionamento stroboscopico è inoltre meno efficace per le applicazioni in cui l’ispezione viene eseguita in modalità free-running senza un chiaro evento di attivazione, come ad esempio l’ispezione continua del nastro in alcune configurazioni.
L’altra considerazione riguarda la velocità massima di ripetizione, che è limitata dal tempo di recupero termico della giunzione del LED e dalla capacità di raffreddamento del dissipatore di Calore. La maggior parte degli illuminatori stroboscopici industriali supporta velocità di ripetizione fino a diverse migliaia di impulsi al secondo, che sono sufficienti per qualsiasi applicazione pratica di visione artificiale.
Illuminatori LED stroboscopici e Driver LED di Roder Vision
Roder Vision produce Illuminatori LED e driver stroboscopici abbinati per l’ispezione industriale ad alta velocità, con controllo degli impulsi sincronizzato con il trigger e con erogazione di potenza conforme alla EMC (Compatibilità Elettromagnetica) per l’intera gamma di geometrie.
- Geometrie ad anello stroboscopiche per l’ispezione di nastri trasportatori ad Alta Velocità – Nastro Trasportatore ad Alta Velocità
- Configurazioni lineari stroboscopiche per l’ispezione di nastri e stampi – Illuminatori LED a barra
- Geometrie di pannelli stroboscopici per ispezioni con congelamento del movimento su grandi superfici – Illuminatore LED
- Driver stroboscopici sincronizzati con trigger e compensazione del ritardo programmabile – Driver LED e controllori elettronici
Le installazioni a soffitto richiedono un cablaggio schermato a basso ritardo: il catalogo RODER include cavi di livello industriale e sistemi di fissaggio progettati per ambienti ad alto di/dt e per la compatibilità Elettromagnetica).