L’ispezione di nastri copre un’ampia categoria di applicazioni di controllo qualità industriale in cui un materiale in continuo movimento – film, carta, lamine metalliche, tessuti, non tessuti, substrati rivestiti o nastri stampati – viene ispezionato a piena velocità di produzione. L’obiettivo è individuare difetti di superficie, errori di stampa, variazioni di rivestimento e contaminazione prima che il materiale venga avvolto o trasformato in prodotto finito. Individuare i difetti in linea elimina i costi di lavorazione del materiale difettoso attraverso le operazioni a valle ed evita che il prodotto difettoso arrivi al cliente.
Le Telecamere Line Scan sono la soluzione standard per l’ispezione del nastro. Una telecamera a scansione di linea cattura una linea del nastro per ogni ciclo di esposizione, creando un’immagine bidimensionale della superficie del nastro mentre il materiale passa davanti alla telecamera. L’Illuminazione per le telecamere Line Scan deve fornire un’intensità elevata e uniforme lungo l’intera larghezza del nastro, in una linea stretta e precisamente allineata al campo di vista della telecamera. Gli Illuminatori LED sono la fonte di illuminazione preferita per questa applicazione. Offrono un’elevata intensità in un fascio stretto, un’uscita stabile per lunghi cicli di lavoro continui e un controllo preciso della geometria dell’illuminazione.
Requisiti per l’Illuminazione della Telecamera Line Scan
Le Telecamere Line Scan funzionano con frequenze di linea che vanno da pochi kilohertz a oltre 100 kHz nelle applicazioni ad alta velocità. L’esposizione di ogni linea è corrispondentemente breve: con una velocità di 50 kHz, ogni linea è esposta per 20 microsecondi. A 100 kHz, ogni linea è esposta per 10 microsecondi. L’Illuminatore deve fornire un numero sufficiente di fotoni al Sensore durante questa breve esposizione per ottenere il livello di grigio desiderato nell’immagine.
Per un nastro che si muove a 300 m/min (5 m/s) con una risoluzione della telecamera di 0,1 mm per pixel, la frequenza di linee necessaria per evitare l’allungamento dei pixel nella direzione del nastro è di 50.000 linee al secondo. L’esposizione di 20 microsecondi a questa frequenza di linee limita il tempo di integrazione disponibile a una frazione molto piccola di millisecondo. L’intensità dell’Illuminatore necessaria per ottenere livelli di grigio adeguati a queste brevi esposizioni è molto elevata. Gli illuminatori a luce lineare progettati per l’ispezione di nastri devono fornire questa intensità in modo uniforme su tutta la larghezza del nastro, che può variare da 200 mm a oltre 3000 mm.
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Geometria della luce lineare per l’ispezione del web
La geometria della linea luminosa rispetto alla superficie del nastro e alla telecamera determina quali tipi di difetti sono rilevabili e quali caratteristiche della superficie creano contrasto nell’immagine. Le tre geometrie di illuminazione fondamentali utilizzate nell’ispezione delle bobine sono il campo chiaro, il campo scuro e l’illuminazione trasmessa.
Illuminamento del campo luminoso
Nell’Illuminamento in campo chiaro, la linea luminosa è posizionata in modo che il suo angolo di riflessione speculare rientri nel cono di accettazione dell’obiettivo della fotocamera. La fotocamera riprende la riflessione speculare dell’illuminatore sulla superficie del nastro. Questa geometria produce immagini ad alta intensità di superfici lisce e riflettenti. I difetti che interrompono o disturbano la riflessione speculare, come graffi, buchi, inclusioni e vuoti di rivestimento, appaiono come elementi scuri sullo sfondo luminoso. L’Illuminatore in campo chiaro è la geometria preferita per ispezionare nastri lisci e riflettenti come lamine metalliche, carta patinata lucida e film calandrati.
Illuminamento in campo oscuro
Nell’Illuminatore in campo oscuro, la linea luminosa è posizionata ad un angolo basso rispetto alla superficie del nastro, al di fuori dell’angolo di riflessione speculare della telecamera. Lo sfondo del nastro appare scuro nell’immagine perché il riflesso speculare non entra nella telecamera. I difetti che diffondono la luce, come la contaminazione della superficie, le fibre in rilievo, i grumi del rivestimento e le caratteristiche in rilievo, appaiono come elementi luminosi sullo sfondo scuro. L’illuminazione in campo oscuro offre un contrasto molto elevato per i difetti in rilievo della superficie che sono invisibili nell’imaging in campo chiaro.
L’angolo di illuminamento per l’ispezione del nastro in campo oscuro è in genere compreso tra 5° e 20° rispetto al piano della superficie del nastro. A questi angoli bassi, il percorso dell’illuminatore sulla larghezza del nastro è molto più lungo della distanza di lavoro misurata perpendicolarmente al nastro. Per un nastro largo 1000 mm, illuminato a 10° dalla superficie con una distanza di lavoro perpendicolare di 200 mm, la lunghezza del percorso di illuminazione attraverso il nastro è di circa 1150 mm. La luce di linea deve mantenere un’intensità uniforme su questo percorso esteso.
Illuminamento trasmesso per ragnatele trasparenti e traslucide
Per i nastri trasparenti e traslucidi come pellicole trasparenti, carta sottile, tessuti e materiali non tessuti, l’Illuminatore trasmesso attraverso il nastro offre il miglior contrasto per le variazioni di spessore, le inclusioni, i fori e la contaminazione. La luce di linea è posizionata sotto il nastro e la telecamera sopra. L’intensità della luce trasmessa varia in base allo spessore e all’opacità del nastro, rendendo visibili le variazioni di spessore e le inclusioni come modulazioni di luminosità nell’immagine.
Specifiche di Uniformità della Luce di Linea per l’Ispezione del Nastro
L’uniformità è la specifica ottica più critica per le luci di linea utilizzate nell’ispezione del nastro. Qualsiasi variazione nell’intensità dell’Illuminatore lungo la lunghezza della linea luminosa si manifesta come una corrispondente variazione del livello di grigio dell’immagine della telecamera lungo la larghezza del nastro. Questa apparente variazione del livello di grigio può mascherare i difetti reali o generare false indicazioni di difetti sul profilo del nastro.
Il requisito di uniformità delle luci di linea per l’ispezione del nastro è tipicamente indicato come il rapporto tra l’intensità minima e quella massima misurata sulla lunghezza di lavoro alla distanza di lavoro definita. Per le applicazioni di ispezione di nastri esigenti, è richiesta un’uniformità del 90% o superiore su tutta la larghezza del nastro. Gli illuminatori della linea Roder Vision raggiungono queste specifiche di uniformità grazie alla selezione di Illuminatori LED, al design ottico di precisione e ai processi di assemblaggio controllati che garantiscono un’emissione luminosa uniforme su tutta la lunghezza dell’illuminatore.
Sincronizzazione con le Telecamere Line Scan
Le Telecamere Line Scan per l’ispezione del nastro funzionano in genere in modalità free-running con una frequenza di linee fissa, oppure in modalità encoder-triggered in cui ogni linea viene attivata da un impulso proveniente da un encoder rotativo montato su un rullo di trascinamento. In entrambi i casi, l’Illuminatore deve mantenere un’intensità di uscita costante per tutta la durata dell’ispezione. Qualsiasi variazione dell’intensità dell’Illuminatore che sia sincrona con la frequenza delle linee della telecamera produce artefatti a bande periodiche nell’immagine che degradano le prestazioni di rilevamento dei difetti.
Modalità continua vs modalità stroboscopica per la scansione di linea
Le Telecamere Line Scan per l’ispezione del web sono più comunemente utilizzate con l’Illuminamento in modalità continua. L’esposizione della telecamera è controllata dall’impostazione del tempo di integrazione della telecamera stessa, mentre l’Illuminatore rimane acceso in modo continuo. Questo semplifica la sincronizzazione perché non è necessario alcun segnale di trigger per l’illuminatore. L’illuminatore deve mantenere un’emissione molto stabile per tutta la durata dell’ispezione, che può essere di ore o giorni per rotoli di nastro di grandi dimensioni.
Per le applicazioni a velocità di linea molto elevata, dove l’intensità richiesta in modalità continua supera il limite termico dell’illuminatore, si utilizza la modalità stroboscopica. L’illuminatore viene pulsato una volta per linea, sincronizzato con l’uscita di attivazione della linea della telecamera. La durata dell’impulso è pari al tempo di integrazione della telecamera. In questo modo l’illuminatore è in grado di fornire un’intensità di picco più elevata durante la breve finestra di integrazione senza superare il suo valore termico medio. Gli Illuminatori Stroboscopici di Roder Vision supportano sia la modalità di funzionamento continua che quella stroboscopica.
Selezione della lunghezza d’onda per i materiali a nastro
La lunghezza d’onda ottimale per l’ispezione del nastro dipende dalle proprietà ottiche del materiale del nastro e dalla natura dei difetti da rilevare. Per la maggior parte dei rilevamenti di difetti superficiali su nastri opachi, è preferibile l’Illuminazione a Infrarossi o a Vicino Infrarossi a 625 nm – 850 nm, perché massimizza il rapporto segnale/rumore con i sensori standard a scansione lineare al silicio e riduce la visibilità della trama del nastro che può mascherare i difetti superficiali più sottili.
Per l’ispezione di stampe a colori e il rilevamento di deviazioni cromatiche su nastri stampati, si utilizza un illuminatore bianco con una temperatura di colore stabile per fornire una resa cromatica accurata su tutta la larghezza del nastro. L’illuminazione UV viene utilizzata per ispezionare le caratteristiche di sicurezza fluorescenti sulla carta delle banconote, sui substrati di stampa di sicurezza e sulle etichette di autenticazione in bobina. L’Illuminazione a Infrarossi penetra i rivestimenti superficiali e può rivelare le caratteristiche della sottosuperficie di carta e cartone multistrato che sono invisibili alle lunghezze d’onda visibili.
Stabilità termica nei cicli di ispezione del nastro di lunga durata
Le linee di ispezione a nastro funzionano per lunghi periodi senza interruzioni. I cambi di bobina possono avvenire ogni poche ore, ma il sistema di ispezione funziona continuamente tra un cambio e l’altro. L’Illuminatore deve mantenere un’intensità stabile per tutta la durata dell’ispezione. Qualsiasi variazione dell’intensità dell’illuminazione dovuta al riscaldamento dei LED durante l’ispezione si manifesta come un cambiamento graduale del livello di grigio dell’immagine lungo la lunghezza della bobina. Questa deriva può causare l’omissione di difetti all’inizio o alla fine del rotolo quando l’uscita dell’Illuminatore differisce dal livello con cui sono state calibrate le soglie di ispezione.
Gli illuminatori di linea Roder Vision incorporano la tecnologia di gestione termica HTTM. Il sistema HTTM riduce al minimo la deriva termica controllando la temperatura della giunzione del LED fin dall’accensione dell’illuminatore, raggiungendo rapidamente l’equilibrio termico e mantenendo una produzione stabile per tutta la durata dell’ispezione. In questo modo si eliminano i tempi di riscaldamento prima di iniziare l’ispezione e si evita la deriva della produzione durante i lunghi cicli di produzione.
Prodotti e tecnologie
Famiglie di Illuminatori Roder Vision per l’ispezione di ragnatele e Line Scan
Le seguenti famiglie di prodotti RODER Vision sono adatte all’ispezione di nastri a scansione lineare in ambienti di produzione continua.
DL5 – Matrice di LED ad Alta Intensità
Alta intensità di picco per l’ispezione del nastro a scansione lineare ad alta velocità. Formato a barre per un’ampia copertura del nastro. Configurazioni in campo chiaro e in campo scuro. Opzioni a più lunghezze d’onda.
DL6 – Matrice di LED ad alta densità
Gestione termica HTTM per una produzione stabile in lunghi cicli di produzione. Lunghezza d’Onda multipla. Modalità continua e stroboscopica. Formato a barre grande per larghezze di nastro elevate.
BL3 – Retroilluminazione LED
Illuminatore a trasmissione per l’ispezione di nastri trasparenti e traslucidi. Elevata uniformità per un rilevamento accurato dello spessore e delle inclusioni. Lunghezze d’onda e formati multipli.
FD2 – Illuminatori LED a cupola piatta
Illuminazione Diffusa per l’ispezione del colore della carta stampata. Elimina i riflessi speculari sui substrati con rivestimento lucido. Sfondo uniforme per una misurazione accurata del colore e della densità.
Domande frequenti
La migliore geometria di illuminazione dipende dal materiale del nastro e dai tipi di difetti da rilevare. L’illuminazione in campo chiaro è preferibile per i nastri lisci e riflettenti, dove i difetti appaiono come punti scuri che interrompono la riflessione speculare. L’illuminazione in campo oscuro a bassa angolazione è preferibile per rilevare i difetti in rilievo della superficie, come la contaminazione e le fibre sollevate. L’illuminazione trasmessa viene utilizzata per i nastri trasparenti e traslucidi per rilevare variazioni di spessore e inclusioni.
Per le applicazioni di ispezione di nastri esigenti, è necessaria un’uniformità del 90% o superiore su tutta la larghezza del nastro alla distanza di lavoro definita. Un’uniformità inferiore produce variazioni del livello di grigio sulla larghezza dell’immagine che possono mascherare i difetti reali o generare false indicazioni. Le specifiche di uniformità devono essere verificate con una configurazione di misurazione calibrata alla distanza di lavoro effettiva del sistema di ispezione prima di accettare l’illuminatore.
La modalità continua è la scelta standard per l’ispezione di nastri a scansione lineare perché semplifica la sincronizzazione ed elimina la necessità di un segnale di attivazione per l’illuminatore. La modalità stroboscopica viene utilizzata quando l’intensità richiesta in modalità continua supera il limite termico dell’illuminatore, il che si verifica in caso di velocità di linea molto elevate. Gli illuminatori Roder Vision supportano entrambe le modalità.
La deriva termica fa sì che l’intensità dell’illuminazione cambi quando la temperatura della giunzione del LED si stabilizza dopo l’accensione. Ciò si manifesta come una variazione graduale del livello di grigio dell’immagine lungo la lunghezza del rotolo ispezionato. È possibile che vengano tralasciati dei difetti all’inizio o alla fine del rotolo quando l’uscita dell’Illuminatore differisce dal livello a cui sono state calibrate le soglie di ispezione. La gestione termica HTTM degli illuminatori RODER Vision riduce al minimo questa deriva, garantendo una resa stabile per tutta la durata della produzione.
L’Illuminazione Cromatica viene utilizzata per l’ispezione di stampe a colori e il rilevamento di deviazioni cromatiche su nastri stampati. L’illuminazione rossa o nel Vicino Infrarosso massimizza il rapporto segnale/rumore per il rilevamento dei difetti superficiali nelle ispezioni monocromatiche con sensori a scansione di linea al silicio. L’Illuminatore UV viene utilizzato per l’ispezione di caratteristiche di sicurezza fluorescenti su carta di sicurezza e substrati di autenticazione. L’Illuminazione a Infrarossi può rivelare le caratteristiche della sottosuperficie in nastri di carta e cartone multistrato.
Ulteriori informazioni e contatti
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Divisione Visione Artificiale : www.rodervision.com
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