L’illuminazione è l’elemento più critico e spesso sottovalutato di qualsiasi sistema di visione artificiale. La qualità dell’immagine acquisita dalla telecamera dipende quasi interamente dall’Illuminamento. Una configurazione di illuminazione errata rende impossibile estrarre informazioni affidabili dall’immagine, indipendentemente da quanto sia sofisticato l’algoritmo di visione o dalla risoluzione della telecamera.
Gli ingegneri e gli integratori di Sistema devono valutare diversi parametri chiave quando scelgono l’illuminazione: geometria, tipo di sorgente luminosa, lunghezza d’onda, proprietà ottiche del materiale, velocità di ispezione e vincoli di integrazione. Ogni parametro influisce sulla qualità dell’immagine finale in modo diretto e misurabile.
Il ruolo della luce nella Visione Artificiale
La luce interagisce con i materiali attraverso tre meccanismi fondamentali: riflessione, trasmissione e assorbimento. Il contributo relativo di ciascun meccanismo determina l’aspetto di una superficie nell’immagine acquisita. La comprensione di queste interazioni è essenziale quando si progetta un impianto di illuminazione per una specifica attività di ispezione.
La luce è caratterizzata dalla sua lunghezza d’onda, misurata in nanometri (nm). Lo spettro visibile va da circa 400 nm (viola) a 700 nm (rosso). I sistemi di Visione Artificiale spesso operano al di fuori di questo intervallo, utilizzando la luce del Vicino Infrarosso (NIR) per penetrare attraverso i materiali di imballaggio o la luce ultravioletta (UV) per rivelare le caratteristiche della superficie non visibili nello spettro visibile.
Vuoi essere aiutato a scegliere il prodotto?
Tecnologia LED per l’Illuminazione Industriale
I LED sono la sorgente luminosa standard per la Visione Artificiale. Offrono un’emissione monocromatica, un’elevata efficienza, una lunga durata e la possibilità di operare in modalità stroboscopica. Rispetto alle sorgenti luminose tradizionali, come i tubi fluorescenti o le lampade alogene, i LED offrono un’emissione stabile e ripetibile, essenziale per le ispezioni automatizzate.
Sorgenti LED monocromatiche e bianche
I LED monocromatici emettono luce a una sola lunghezza d’onda dominante. Questo è l’ideale per massimizzare il contrasto su specifiche caratteristiche superficiali o differenze di colore. I LED bianchi sono prodotti combinando emettitori RGB o applicando un rivestimento di fosforo giallo a un LED blu. Entrambi i metodi introducono uno spettro più ampio, adatto alle applicazioni di ispezione cromatica.
Regolazione della corrente e gestione termica
Una regolazione stabile della corrente è essenziale per ottenere un’intensità di Illuminamento ripetibile. Variazioni nella corrente di pilotaggio producono variazioni nell’emissione luminosa che si traducono direttamente in disturbi dell’immagine ed errori di ispezione. Una corretta gestione termica prolunga la durata dei LED e previene la degradazione del flusso luminoso nel tempo. Gli Illuminatori LED di Roder Vision incorporano driver di corrente di precisione e una dissipazione termica ottimizzata per garantire la stabilità a lungo termine in ambienti industriali 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
Funzionamento stroboscopico e a impulsi
Il funzionamento dei LED in modalità stroboscopica o a impulsi consente di ottenere correnti di picco molto elevate per brevi periodi, producendo intensità luminose di gran lunga superiori al valore nominale continuo. Questa tecnica è essenziale per congelare il movimento nelle linee di produzione in rapido movimento. La sincronizzazione stroboscopica con il trigger della telecamera assicura che ogni immagine venga acquisita nel momento preciso di massima illuminazione, eliminando la sfocatura del movimento e migliorando il contrasto degli oggetti dinamici.
Geometrie di Illuminamento per la Visione Artificiale
La relazione geometrica tra la sorgente luminosa, l’oggetto e la telecamera determina il tipo di informazioni catturate nell’immagine. La scelta della geometria corretta è la decisione più importante nella progettazione dell’Illuminatore.
Illuminazione frontale diretta: Campo chiaro e campo scuro
Nell’Illuminazione Coassiale (On-axis), la sorgente di luce e la fotocamera si trovano sullo stesso asse o con un piccolo angolo. La fotocamera cattura la riflessione speculare o diffusa dalla superficie dell’oggetto. Questa geometria funziona bene per le superfici piatte e opache dove i difetti creano cambiamenti nella riflettività locale.
L’Illuminazione in campo scuro utilizza un angolo di incidenza radente, in genere inferiore a 30 gradi dal piano della superficie. Solo le caratteristiche della superficie con variazioni di altezza come graffi, segni in rilievo e texture superficiale diffondono la luce verso la fotocamera. Lo sfondo appare scuro mentre i difetti e i dettagli in rilievo appaiono chiari. Questa tecnica è molto efficace per l’Ispezione Superficiale di Parti in Plastica, Metalli e Vetro.
Retroilluminazione per silhouette e Ispezione Dimensionale
Il Retroilluminazione pone l’Illuminatore dietro l’oggetto e la fotocamera davanti. L’oggetto appare come una sagoma su uno sfondo luminoso e uniforme. Questa geometria è ideale per l’ispezione dimensionale, la misurazione dei contorni e il rilevamento della presenza o dell’assenza di caratteristiche. Viene utilizzata anche per ispezionare contenitori trasparenti, blister farmaceutici e componenti meccanici di precisione.
Illuminazione coassiale per superfici riflettenti
L’Illuminazione Coassiale introduce la luce lungo lo stesso asse ottico della fotocamera utilizzando un Divisore di Fascio. La luce colpisce la superficie dell’oggetto in modo perpendicolare e la riflessione speculare ritorna direttamente attraverso l’obiettivo. Questa tecnica elimina le ombre e fornisce un’illuminazione uniforme su superfici piatte e altamente riflettenti come metalli a specchio, PCB e componenti lucidati.
Illuminatore a cupola e a cupola piatta
Gli Illuminatori a Cupola circondano l’oggetto con un campo di luce diffuso e omnidirezionale. Questo elimina le ombre direzionali e i riflessi speculari su superfici curve, tridimensionali o irregolari. Il risultato è un’immagine piatta e uniformemente illuminata che facilita l’individuazione di variazioni di colore, difetti superficiali e marcature stampate. Gli illuminatori a cupola piatta ottengono risultati simili in un formato più basso, che li rende adatti all’integrazione sopra nastri trasportatori e stazioni di ispezione con spazio verticale limitato.
Selezione della lunghezza d’Onda nell’Illuminazione per Visione Artificiale
Una corretta selezione della lunghezza d’onda massimizza il contrasto dell’immagine e riduce la sensibilità alle variazioni irrilevanti. Il principio fondamentale è che le superfici assorbono il colore complementare e riflettono il proprio colore. Illuminando un oggetto rosso con luce rossa si ottiene un’immagine luminosa; illuminando lo stesso oggetto con luce verde o blu si ottiene un’immagine scura.
Per le telecamere monocromatiche, la scelta ottimale è la lunghezza d’onda che produce la maggiore differenza di grigio tra l’elemento di interesse e lo sfondo. L’illuminazione blu e UV offre una risoluzione spaziale fine per rilevare micro-difetti e contaminazione superficiale. Gli illuminatori rossi e NIR penetrano negli strati più superficiali e riducono la visibilità della struttura superficiale dei materiali granulari.
Luce Strutturata e Proiezione di Luce Strutturata
Le tecniche di Luce Strutturata proiettano un modello noto sulla superficie dell’oggetto. Le deformazioni del modello proiettato codificano le informazioni sulla profondità, consentendo la ricostruzione della superficie in 3D. I LED sono preferiti alle sorgenti laser per questa applicazione perché producono schemi uniformi, privi di macchie e con un’intensità costante in tutta l’area proiettata. Questo approccio è ampiamente utilizzato per la misurazione 3D di geometrie complesse, l’ispezione di saldature e la verifica della planarità della superficie.
Parametri chiave per la progettazione del sistema di Illuminazione
Un sistema di illuminazione ben progettato deve soddisfare quattro requisiti misurabili.
- Intensità: sufficiente per ottenere l’esposizione desiderata alla frequenza di acquisizione e all’apertura desiderata.
- Uniformità: sufficientemente elevata in tutto il campo visivo per evitare gradienti di grigio che potrebbero essere interpretati erroneamente come difetti.
- Stabilità: si mantiene nel tempo e nelle variazioni di temperatura per garantire risultati di ispezione ripetibili.
- Corrispondenza spettrale: la lunghezza d’onda dell’Illuminatore deve corrispondere alla risposta del sensore della telecamera per massimizzare il rapporto segnale/rumore e la sensibilità di rilevamento.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di Illuminatori Roder Vision
Roder Vision progetta e produce una gamma completa di Illuminatori LED per ogni geometria e applicazione di visione industriale. Le seguenti famiglie di prodotti coprono i requisiti di illuminazione più comuni nei sistemi di Ispezione industriale.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Illuminatore diretto ad alta densità per ispezioni a luce frontale. Formati e lunghezze d’onda multiple. Compatibile con gli stroboscopi. Adatto a stazioni di ispezione industriali di uso generale.
DC6 – Anello LED ad alta densità
Illuminazione ad Anello per un’illuminazione frontale diretta intorno all’asse della telecamera. Design compatto per ispezioni a distanza ravvicinata. Sono disponibili diversi diametri e lunghezze d’onda.
BL3 – Retroilluminazione LED
Retroilluminazione ad alta uniformità per l’ispezione delle sagome, la misurazione dimensionale e l’analisi dei contorni. Formati multipli. Compatibile con gli stroboscopi per linee ad alta velocità.
FD3 – Illuminatori a cupola piatta
Illuminazione Diffusa a cupola per superfici curve, irregolari e riflettenti. Elimina le ombre direzionali. Ideale per l’ispezione delle etichette, la classificazione delle superfici e la verifica dei colori.
Domande frequenti
La geometria dell’Illuminatore è il fattore più critico. La relazione angolare tra la sorgente luminosa, l’oggetto e la fotocamera determina quali caratteristiche della superficie diventano visibili e quali rimangono nascoste. Nessun algoritmo di elaborazione delle immagini può recuperare le informazioni che non sono state catturate. La scelta della geometria corretta – campo chiaro, campo scuro, retroilluminazione, coassiale o a cupola – è la prima e più importante decisione di progettazione.
L’illuminazione in campo scuro è ideale quando l’attività di ispezione richiede il rilevamento di caratteristiche in rilievo della superficie come graffi, segni in rilievo, crepe e struttura della superficie. La sorgente luminosa è posizionata con un angolo molto basso rispetto alla superficie, in modo che solo le caratteristiche con variazioni di altezza diffondano la luce verso la telecamera. Lo sfondo appare scuro mentre i difetti appaiono chiari.
La lunghezza d’onda ottimale dipende dalle proprietà spettrali dell’oggetto e dal difetto da rilevare. Per ottenere il massimo contrasto tra due colori, utilizza una lunghezza d’onda in cui un colore assorbe e l’altro riflette. Per l’ispezione della sottosuperficie, sono efficaci le lunghezze d’onda del Vicino Infrarosso (750-1000 nm). Per i micro-difetti, le lunghezze d’onda più corte come il blu o gli UV offrono una migliore risoluzione spaziale.
L’Illuminazione Stroboscopica aziona i LED con brevi impulsi ad alta intensità sincronizzati con l’esposizione della fotocamera. Questa tecnica è necessaria quando gli oggetti si muovono a velocità tali che un’illuminazione continua provocherebbe una sfocatura del movimento. Inoltre, aumenta la profondità di campo e riduce l’interferenza della luce ambientale.
La Retroilluminazione posiziona l’Illuminatore LED dietro l’oggetto da ispezionare e la telecamera sul lato opposto. L’oggetto impedisce alla luce di raggiungere la telecamera, creando una silhouette ad alto contrasto. Questa geometria viene utilizzata per la misurazione dimensionale, l’analisi dei contorni e il rilevamento della presenza o dell’assenza di caratteristiche.
Contatti e informazioni
Contatto per informazioni generali : info@roder.it
Partner per l’Integrazione di Sistemi e Sensori : www.roder.it
Divisione Roder Artificial Vision : www.rodervision.com
Divisione RODER Instruments : www.innovacheck.com
Ulteriori informazioni su RODER VISIONE : chi siamo
Le informazioni contenute in questo sito web sono fornite solo a scopo informativo. Sebbene siano state preparate con la massima cura, non costituiscono un’offerta contrattuale o un impegno vincolante alla fornitura. Possono contenere errori di trascrizione, traduzione o tipografici. Per informazioni precise e aggiornate, ti invitiamo a contattare direttamente la nostra azienda.
Nota bene: alcune immagini presenti in questo sito web sono state intenzionalmente generate utilizzando l’Intelligenza Artificiale (AI). Ciò è dovuto al fatto che, per molte applicazioni e progetti, non è possibile divulgare fotografie dell’installazione o del sistema reale a causa di accordi di riservatezza, clausole contrattuali e accordi di non divulgazione (NDA).
Related topics :
Illuminatori LED per sistemi a telecamera lineare
Illuminazione per Visione Artificiale per l’ispezione automobilistica: Controllo di carrozzeria, saldature, verniciatura e componenti
Use of optical filters in vision systems
Multi-angle direct illumination in vision systems
Illuminatori LED a cupola piatta per applicazioni su nastro trasportatore