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Illuminazione a Infrarossi (IR)

Stazione di visione industriale con Illuminatore LED 850 nm nel Vicino Infrarosso per l'acquisizione di immagini di imballaggi in plastica scuri con filtro Passa-banda sulla telecamera per la reiezione dell'ambiente

Imaging nel Vicino Infrarosso 850/940 nm per la penetrazione della plastica e la reiezione dell’ambiente

  • Lunghezze d’onda di 850 nm e 940 nm compatibili con i Sensori CMOS/CCD standard in silicio a efficienza quantica ridotta.
  • Penetra molte materie plastiche e fornisce un’immagine invariante del colore nelle linee di produzione a colori misti.
  • Il filtro Passa-banda della videocamera respinge la luce ambientale visibile – consente di installare impianti di illuminazione all’aperto e non controllati.
  • 850 nm leggermente visibile come bagliore rosso; 940 nm completamente invisibile per ambienti privi di distrazione per l’operatore.
  • Lenti Visible-NIR (400-1000 nm) consigliate per l’imaging NIR ad alte prestazioni per mantenere la messa a fuoco su tutta la banda.
  • Modalità di trasmissione retroilluminata attraverso contenitori e imballaggi traslucidi forniti dalla famiglia dei Retroilluminatori LED.

L’Illuminatore LED nell’intervallo tra 850 e 940 nm è una delle configurazioni spettrali più utilizzate nella visione artificiale industriale. I suoi principali vantaggi sono la penetrazione attraverso molte materie plastiche, la forte insensibilità alle variazioni di colore dell’obiettivo e l’efficace reiezione della Luce Ambiente attraverso filtri Passa-banda economici sulla telecamera. L’Illuminazione a Infrarossi è invisibile all’occhio umano, il che rappresenta un vantaggio pratico negli ambienti in cui è necessario evitare la distrazione dell’operatore a causa della forte illuminazione visibile.

Principio di funzionamento delle sorgenti LED Vicino Infrarosso

I LED nel Vicino Infrarosso si basano sull’arseniuro di gallio e su composizioni di semiconduttori affini che emettono a lunghezze d’onda appena superiori alla gamma visibile. Le lunghezze d’onda industriali più comuni sono 850 nm e 940 nm, scelte per la disponibilità di chip LED ad alta potenza, la compatibilità con i Sensori CMOS e CCD in silicio standard e il moderato assorbimento atmosferico che consente una trasmissione efficiente su brevi distanze.

I sensori standard in silicio mantengono un’efficienza quantica utile fino a circa 1000 nm, anche se la risposta diminuisce significativamente sopra i 900 nm. A 850 nm, la sensibilità del sensore è in genere pari al 30-50% del picco visibile. A 940 nm, la sensibilità scende al 10-20%, il che richiede un’esposizione più lunga o una maggiore intensità dell’Illuminatore per compensare. Sensori specializzati e potenziati per il NIR, con silicio più spesso o architetture di pixel alternative, estendono la risposta utilizzabile fino alla gamma dei 1000 nm.

Comportamento ottico dei materiali sotto NIR (Vicino Infrarosso)

Molti materiali che appaiono opachi o fortemente colorati alla luce visibile diventano semitrasparenti o di colore neutro con l’Illuminazione a Infrarossi. Ciò è particolarmente vero per i polimeri, dove gli additivi e i coloranti che assorbono nella gamma visibile spesso trasmettono nell’infrarosso vicino. Di conseguenza, l’illuminazione NIR fornisce un’immagine invariante di prodotti in plastica di colori diversi, semplificando l’ispezione di linee di produzione a colori misti.

Applicazioni industriali tipiche

L’Illuminatore LED in Plastica è ampiamente utilizzato per l’ispezione di prodotti in plastica scuri o colorati sulle linee di produzione, dove le variazioni di colore complicherebbero altrimenti l’algoritmo; la lettura di codici ed etichette attraverso imballaggi trasparenti o traslucidi che oscurano le immagini a luce visibile; l’ispezione del contenuto all’interno di contenitori semi-opachi come bottiglie piene e blister; verifica di sigilli e legami su prodotti confezionati; controllo qualità in ambienti con forte illuminazione ambientale non controllata, dove il NIR con filtro Passa-banda respinge le interferenze visibili; ispezione in ambienti dove i LED visibili distrarrebbero gli operatori o interferirebbero con altri sistemi di visione; e qualsiasi applicazione che richieda la penetrazione attraverso la plastica o una forte reiezione della Luce Ambiente. Le varianti NIR 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

La scelta tra 850 nm e 940 nm dipende principalmente dalla sensibilità del Sensore e dalla luce ambientale. A 850 nm, la risposta più elevata del sensore consente tempi di esposizione più brevi e una minore potenza dei LED, ma può essere visibile un debole bagliore rosso dal chip LED stesso, che può disturbare gli operatori. A 940 nm, l’emissione del LED è completamente invisibile, ma la minore risposta del sensore richiede una maggiore potenza del LED o un’esposizione più lunga per ottenere una qualità d’immagine equivalente.

Il filtro Passa-banda della telecamera deve corrispondere alla lunghezza d’onda del LED, con una banda passante larga in genere da 10 a 30 nm intorno al centro. I filtri più stretti offrono una migliore Reiezione della Luce Ambiente a costo di un allineamento più critico e di un costo leggermente superiore. La combinazione di un filtro Passa-banda e di un Illuminatore LED monocromatico consente di effettuare ispezioni visive in ambienti con una forte illuminazione ambientale, comprese le installazioni all’aperto.

Compatibilità delle lenti per l’Illuminamento NIR (Vicino Infrarosso)

Le lenti standard per la visione artificiale corrette per la gamma visibile spesso presentano un leggero spostamento della messa a fuoco nel Vicino Infrarosso, richiedendo una nuova messa a fuoco quando si passa dall’immagine visibile a quella NIR (Vicino Infrarosso). Le lenti Visible-NIR ottimizzate per la gamma da 400 a 1000 nm sono progettate per mantenere una messa a fuoco costante in questa banda e sono consigliate per le applicazioni NIR (Vicino Infrarosso).

Integrazione e limiti

Gli Illuminatori LED a Infrarossi si integrano in modo identico alle versioni visibili in tutte le configurazioni meccaniche standard, con gli stessi Diffusori, Polarizzatori e Divisori di Fascio. Il consumo di energia e la dissipazione di calore sono paragonabili a quelli dei LED visibili con un flusso di uscita equivalente. Le lunghezze d’onda NIR non standard o le retroilluminazioni NIR ad alta potenza sono tipicamente progettate all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati, mentre l’ispezione NIR in modalità trasmessa è fornita dalla famiglia di Retroilluminatori LED.

Il limite principale dell’Illuminatore NIR è la perdita di informazioni sul colore, che lo rende incompatibile con le applicazioni che richiedono la discriminazione del colore. Il NIR è anche soggetto a un rumore di fotoni leggermente superiore rispetto all’illuminazione visibile a parità di luminosità dell’immagine, perché la ridotta efficienza quantica del sensore richiede un flusso di fotoni più elevato per ottenere lo stesso segnale digitale. Per le applicazioni in cui le informazioni sul colore sono essenziali, è consigliabile utilizzare un’illuminazione bianca o RGB commutabile. Per le applicazioni in cui è richiesta l’invarianza del colore del bersaglio, la Reiezione della Luce Ambiente o la penetrazione della plastica, il NIR (Vicino Infrarosso) è la scelta più efficace ed economica.

Illuminatori LED a Infrarossi di Roder Vision

Roder Vision produce Illuminatori LED a 850 nm e 940 nm per l’intera gamma di geometrie, per applicazioni di visione industriale che richiedono la penetrazione della plastica, l’invarianza del colore e la reiezione della Luce Ambiente.

Per le linee di ispezione NIR (Vicino Infrarosso) ad alta velocità, il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controllori elettronici compatibili con i controller di visione industriale e i PLC.