Imaging a 900-1700 nm per silicio, plastiche scure e discriminazione dell’umidità
- Le lunghezze d’onda discrete dei LED SWIR a 1050, 1200, 1300, 1450 e 1550 nm corrispondono a specifiche bande di assorbimento dei materiali.
- La trasparenza del silicio al di sopra dei 1100 nm consente l’ispezione interna di wafer e semiconduttori confezionati.
- L’assorbimento dell’acqua a 1450 nm consente di misurare l’umidità nei prodotti alimentari, farmaceutici e agricoli.
- La plastica scura e la trasmissione opaca degli imballaggi espongono i difetti nascosti, invisibili nel visibile o nel NIR (Vicino Infrarosso).
- Sono necessari sensori in InGaAs, in genere più costosi di un ordine di grandezza rispetto ai sensori al silicio.
- Le lenti con correzione SWIR (Infrarosso a Onde Corte) sono necessarie per ottenere immagini ad alte prestazioni; il vetro standard presenta aberrazione cromatica.
L’Illuminazione a Infrarossi (Infrarosso a Onde Corte) estende la Visione Artificiale nell’intervallo spettrale compreso tra circa 900 nm e 1700 nm, aprendo capacità di ispezione impossibili con le lunghezze d’onda visibili e vicine all’infrarosso. L’illuminazione SWIR penetra nel silicio, nelle plastiche scure e in alcuni materiali da imballaggio, consentendo l’ispezione di caratteristiche interne che altrimenti richiederebbero test distruttivi o immagini a raggi X. La combinazione dell’Illuminatore SWIR (Infrarosso a Onde Corte) ha trasformato il controllo qualità nella produzione di semiconduttori, nell’assemblaggio Elettronico, nell’agricoltura, nello smistamento degli alimenti e nell’ispezione farmaceutica.
Principio di funzionamento dell’Illuminatore SWIR (Infrarosso a Onde Corte)
L’illuminazione SWIR è prodotta da Illuminatori LED specializzati o da lampade alogene con filtraggio selettivo. Le sorgenti SWIR basate su LED sono disponibili a lunghezze d’onda discrete nelle bande 1050, 1200, 1300, 1450 e 1550 nm, ciascuna scelta per interazioni specifiche con i materiali. L’Illuminazione a Banda Larga basata su lampade alogene fornisce un’emissione a banda larga nell’intera gamma SWIR (Infrarosso a Onde Corte), ma è meno efficiente e meno adatta al funzionamento a impulsi.
La caratteristica principale dell’Illuminazione a Infrarossi è la sua capacità di trasmettere attraverso materiali che sono opachi alle lunghezze d’onda del visibile e del Vicino Infrarosso. Il silicio, ad esempio, diventa trasparente al di sopra del suo bordo di assorbimento della bandgap a circa 1100 nm, consentendo l’Ispezione SWIR (Infrarosso a Onde Corte) delle caratteristiche interne dei wafer di silicio e dei dispositivi a semiconduttori confezionati. Molti materiali plastici scuri che assorbono fortemente la luce visibile trasmettono frazioni sostanziali di Illuminamento SWIR (Infrarosso a Onde Corte), consentendo l’ispezione di componenti nascosti e la verifica dell’integrità dell’assemblaggio attraverso i corpi neri.
Interazioni tra materiali nella gamma SWIR (Infrarosso a Onde Corte)
L’acqua assorbe fortemente a 1450 nm, il che rende questa lunghezza d’onda utile per la misurazione del contenuto di umidità negli alimenti, nei prodotti farmaceutici e nei prodotti agricoli. Molti idrocarburi assorbono a 1200-1300 nm, il che fornisce un contrasto selettivo su plastica, oli e contaminanti organici. I materiali inorganici come il vetro e la ceramica sono generalmente trasparenti nella gamma SWIR (Infrarosso a Onde Corte), mentre i metalli riflettono con un’elevata efficienza simile al loro comportamento nel visibile.
Applicazioni industriali tipiche
L’illuminazione SWIR è essenziale per l’ispezione di wafer di silicio, celle fotovoltaiche e dispositivi a semiconduttore, dove i difetti interni, la contaminazione e le anomalie strutturali devono essere rilevati attraverso il substrato di silicio; il controllo qualità di prodotti in plastica nera o scura dove l’imaging visibile è impossibile; la misurazione del contenuto di umidità in prodotti alimentari, farmaceutici e agricoli; la selezione di plastica riciclata in base al tipo di polimero; l’Ispezione di Parti in Plastica attraverso imballaggi opachi; il controllo qualità di assemblaggi multistrato dove gli strati interni devono essere verificati senza essere smontati; e qualsiasi applicazione che richieda la trasparenza attraverso materiali opachi alla vista. Le geometrie specifiche per lo SWIR sono progettate all’interno del portafoglio di Illuminatori LED personalizzati.
Criteri di selezione e considerazioni sul design
La scelta della lunghezza d’onda dipende dal materiale da ispezionare. La trasmissione del Sensore richiede lunghezze d’onda superiori a 1100 nm, mentre 1300 nm è la scelta standard per ottenere una buona trasmissione e un’adeguata sensibilità del sensore. La misurazione dell’umidità richiede la banda di assorbimento dell’acqua a 1450 nm. La discriminazione della plastica utilizza diverse lunghezze d’onda comprese tra 1200 e 1700 nm. La caratterizzazione spettrofotometrica del materiale di destinazione è essenziale prima di selezionare la lunghezza d’onda di ispezione.
Il Sensore deve essere adattato all’Illuminatore SWIR (Infrarosso a Onde Corte). I sensori standard in silicio perdono la sensibilità al di sopra dei 1100 nm. L’imaging SWIR richiede sensori InGaAs, che sono sensibili da circa 900 a 1700 nm ma costano un ordine di grandezza in più rispetto ai sensori al silicio equivalenti. Il costo del sensore è spesso il componente principale di un sistema di Ispezione SWIR (Infrarosso a Onde Corte) e deve essere preso in considerazione nella fase di pianificazione del progetto.
Componenti ottici per SWIR (Infrarosso a Onde Corte)
Le lenti in vetro standard assorbono in modo significativo al di sopra di circa 1700 nm e possono presentare aberrazione cromatica nella gamma SWIR (Infrarosso a Onde Corte). Per ottenere immagini ad alte prestazioni sono necessarie lenti con correzione SWIR (Infrarosso a Onde Corte), progettate per la banda da 900 a 1700 nm. Anche i divisori di Fascio, i polarizzatori, i filtri e altri componenti ottici devono essere compatibili con lo SWIR (Infrarosso a Onde Corte) per evitare assorbimenti o aberrazioni impreviste.
Integrazione e limiti
I sistemi di Ispezione SWIR sono più costosi e complessi rispetto ai sistemi NIR (Infrarosso a Onde Corte), soprattutto a causa del costo dei Sensori InGaAs e delle ottiche specifiche per SWIR. La scelta dello SWIR è giustificata solo quando l’attività di ispezione richiede la penetrazione attraverso materiali opachi alla vista, la sensibilità all’assorbimento dell’acqua o la discriminazione chimico-fisica che non può essere effettuata a lunghezze d’onda inferiori.
L’altra limitazione è la risoluzione limitata dei tipici sensori all’InGaAs rispetto ai sensori al silicio di costo equivalente. Le telecamere SWIR sono disponibili con risoluzioni VGA e SXGA, che sono adeguate per molte applicazioni industriali ma possono essere insufficienti per elementi molto piccoli o per campi di Vista molto ampi. Per le applicazioni in cui si desidera la penetrazione dello SWIR ma è necessaria anche un’altissima risoluzione, i sistemi ibridi che combinano l’imaging SWIR con l’imaging visibile ad alta risoluzione rappresentano un compromesso pratico.
Illuminatori LED SWIR (Infrarosso a Onde Corte) Roder Vision
Roder Vision progetta illuminatori LED SWIR (Infrarosso a Onde Corte) specifici per le applicazioni nella gamma 900-1700 nm per l’ispezione visiva industriale che richiede la trasmissione attraverso il silicio, le plastiche scure e gli imballaggi opachi, o la discriminazione selettiva dei materiali basata sull’assorbimento.
- Configurazioni SWIR lineari per l’ispezione in linea di nastri e wafer – Illuminatori LED a barra
- Lunghezze d’onda, geometrie e assemblaggi SWIR (Infrarosso a OndeCorte) specifici per l’applicazione – Illuminatori LED personalizzati
Per il funzionamento SWIR (Infrarosso a Onde Corte) a impulsi ad alta potenza sincronizzato con l’attivazione della telecamera InGaAs, il catalogo RODER comprende driver LED dedicati e controller elettronici compatibili con i controllori di visione industriale e i PLC.