Guida all'illuminazione per visione artificiale LED per sistemi automatizzati

L’illuminazione LED è la spina dorsale di una visione artificiale automatizzata affidabile: la sua velocità, stabilità e coerenza spettrale determinano direttamente l’accuratezza delle ispezioni nella produzione ad alta velocità. Come fornitore globale di soluzioni per la visione artificiale da 15 anni, HIFLY Technology (Shenzhen) offre illuminazione LED di grado industriale illuminazione per la Visione Artificiale (certificata ISO 9001:2015) a clienti in oltre 30 paesi, soddisfacendo i rigorosi requisiti dei sistemi automatizzati. Di seguito analizziamo perché i LED sono indispensabili, le principali tecniche di illuminazione e le ottimizzazioni specifiche per materiale.

Perché l’illuminazione LED è essenziale per prestazioni affidabili della luce nella visione artificiale

Fisica della sincronizzazione tra luce e sensore nell’automazione ad alta velocità

Affinché l'automazione ad alta velocità funzioni correttamente, la sincronizzazione tra i lampi di luce e l'otturatore della fotocamera deve essere precisa fino al livello del microsecondo. I LED possono rispondere in soli 10 microsecondi o meno, prestazione nettamente superiore a quella delle tradizionali lampade alogene o fluorescenti; pertanto, non si verifica sfocatura dovuta al movimento durante il controllo rapido dei prodotti. Immaginate un nastro trasportatore che si muove a 5 metri al secondo: se l’illuminazione è in ritardo anche di un solo millisecondo, ciò provoca una distorsione di 5 mm nelle immagini, con il rischio che componenti elettronici di piccole dimensioni vengano classificati erroneamente. L’illuminazione deve rimanere costante, senza flicker, per fornire la stessa quantità di luce a ciascun fotogramma. Ciò è particolarmente importante per i sistemi di riconoscimento ottico dei caratteri (OCR), che devono leggere le etichette su oltre 500 confezioni ogni minuto. Le fabbriche di semiconduttori, dove i difetti sono misurati in nanometri, fanno affidamento su illuminazione a LED in grado di mantenere le variazioni di intensità al di sotto dello 0,1%. Queste specifiche soddisfano i requisiti della norma ISO 9022-18 e quanto oggi considerato buona prassi dalla maggior parte dei produttori.

LED contro alogene contro fluorescenti: durata, stabilità e coerenza spettrale

L'illuminazione per la visione artificiale è oggi dominata in larga misura dai LED, poiché offrono una durata maggiore, un controllo cromatico migliore e una stabilità nel tempo superiore. Le tradizionali lampade alogene perdono circa il 30% della loro luminosità già dopo sole 1.000 ore di funzionamento. Neppure le lampade fluorescenti offrono prestazioni significativamente migliori: la loro temperatura colore può variare fino a 300 K ogni mese. I LED di qualità industriale raccontano invece una storia diversa: questi dispositivi di alta qualità mantengono almeno il 95% della loro luminosità originale anche dopo oltre 50.000 ore di funzionamento continuo. Questo tipo di coerenza è estremamente importante in applicazioni in cui i tempi sono fondamentali, come nell’ispezione di confezioni blister farmaceutiche durante le linee di produzione. Ciò che rende davvero eccezionali i LED è la loro capacità di emettere luce a lunghezze d’onda molto specifiche. Ad esempio, un buon LED produce luce rossa a 630 nm con una variazione di lunghezza d’onda inferiore a 2 nm. A confronto, le lampade alogene distribuiscono la loro energia su un ampio spettro cromatico che copre circa 40 nm. La maggiore concentrazione cromatica dei LED consente di ottenere immagini molto più nitide, ad esempio nella ricerca di micrograffi su superfici metalliche lucide. I produttori riferiscono di aver riscontrato fino al 20% in meno di difetti non rilevati passando da sorgenti luminose standard a questi LED specializzati.

Tecniche fondamentali di illuminazione per applicazioni di illuminazione nella visione artificiale

Configurazioni efficaci di illuminazione per la visione artificiale determinano direttamente l’accuratezza delle ispezioni nei sistemi automatizzati. La scelta delle tecniche ottimali riduce al minimo i falsi rifiuti, massimizzando nel contempo il rilevamento dei difetti su materiali e proprietà superficiali diversi.

Illuminazione retrostante e campo luminoso: ottimizzazione del rilevamento dei contorni in base alla riflettività della superficie

L'illuminazione retrostante funziona posizionando delle sorgenti luminose dietro gli oggetti, creando silhouette ad alto contrasto particolarmente efficaci per la misurazione delle dimensioni e l’individuazione di fori. Esiste poi la tecnica a campo chiaro, che proietta la luce con un angolo basso, compreso tra circa 10 e 30 gradi rispetto al lato frontale, evidenziando in modo più netto le texture superficiali. Combinando questi due approcci si sfrutta la diversa riflettività dei materiali, migliorando l’accuratezza del rilevamento dei contorni sulle componenti metalliche di circa il quaranta percento rispetto all’utilizzo esclusivo di una comune illuminazione diffusa. Questa combinazione riduce gli errori di misurazione durante lavorazioni di precisione e contribuisce anche a un corretto allineamento dei pezzi da parte dei robot.

Illuminazione a campo scuro e illuminazione coassiale: rilevamento di micrograffi su superfici specchianti

L'illuminazione in campo scuro funziona deviando la luce ad angoli inferiori a 30 gradi sulle imperfezioni superficiali, rendendo così visibili quegli infinitesimi graffi (inferiori a 5 micron) che invece rimangono completamente invisibili con un'illuminazione standard. Con l'illuminazione coassiale, la luce viaggia effettivamente lungo lo stesso percorso dell'obiettivo della telecamera, annullando quindi quei fastidiosi riflessi che osserviamo su superfici lucide come l'alluminio lucidato o il vetro con rivestimenti. Uno studio pubblicato lo scorso anno su «Optics Manufacturing» ha evidenziato un risultato interessante: quando i produttori hanno combinato entrambi i metodi, hanno rilevato il 32% in più di graffi sulle superfici metalliche rispetto al passato. Inoltre, si sono verificati meno falsi allarmi causati da abbagliamenti. Queste tecniche sono oggi diventate piuttosto comuni nelle industrie in cui la qualità è fondamentale, in particolare per il controllo delle verniciature automobilistiche e per la verifica dei componenti elettronici, dove anche il difetto più piccolo può rivelarsi un problema serio in una fase successiva.

Illuminazione laser strutturata per l’estrazione del profilo 3D nel controllo robotico

Quando un'illuminazione laser strutturata proietta su un oggetto quei precisi schemi di linee, ciò che accade in seguito è davvero straordinario. La distorsione di tali linee rivela esattamente la forma dell’oggetto, con una precisione fino al millimetro per ricostruzioni 3D. Per i robot che devono prelevare componenti da contenitori, assemblare parti o seguire tracce di saldatura, queste informazioni sulla profondità consentono loro di adattare istantaneamente il proprio percorso durante l’operazione. Test condotti nel mondo reale dimostrano che questi sistemi riescono a ripetere le misurazioni con un’accuratezza di ±0,1 mm anche su forme complesse. Questo livello di precisione è fondamentale in settori come la produzione aeronautica, dove i componenti devono combaciare perfettamente, oppure nell’impilamento di celle batteria, dove anche minime disallineamenti si accumulano rapidamente. Perché la luce strutturata è così efficace? A differenza delle comuni telecamere 2D, che faticano quando gli oggetti non sono orientati correttamente, questa tecnica funziona indipendentemente dall’orientamento dell’oggetto o dalla sua posizione nello spazio.

Ottimizzazione dell’illuminazione specifica per materiale per garantire l’accuratezza luminosa nella visione artificiale

Illuminazione a cupola diffusa per OCR su imballaggi traslucidi: eliminazione dei punti luminosi speculare

Gli imballaggi trasparenti, come le bottiglie di plastica, i barattoli satinati e quelle piccole confezioni blister per pillole, creano problemi reali per i sistemi di riconoscimento ottico dei caratteri a causa dei riflessi anomali che nascondono codici a barre ed etichette. La soluzione? L'illuminazione a cupola diffusa avvolge gli oggetti con una luce uniforme, morbida e proveniente da tutte le direzioni, con l'angolazione perfetta. Queste luci a cupola presentano una particolare forma curva interna che diffonde la luce invece di lasciarla riflettere direttamente verso le telecamere. Il risultato è davvero interessante: la luce soffusa fa risaltare chiaramente quei minuscoli caratteri in rilievo o le incisioni laser, senza però sovrapporle o cancellarle. Alcuni test condotti nel settore dell’imballaggio dimostrano che queste luci possono migliorare il tasso di successo nella lettura di circa il 40% rispetto ai normali fari puntiformi. Sulle linee di assemblaggio ad alta velocità, dove i prodotti sono rotondi o parzialmente trasparenti, i produttori ricorrono ripetutamente a queste luci a cupola ogni qualvolta necessitino di risultati affidabili dai propri sistemi di visione.

Pronti a migliorare l'illuminazione del vostro sistema automatizzato?

La velocità, la stabilità e la versatilità dell'illuminazione LED la rendono insostituibile per la visione artificiale automatizzata, ma il successo dipende dalla corretta abbinabilità del tipo di LED e della tecnica di illuminazione con la vostra applicazione. Per soluzioni industriali di illuminazione LED o per abbinare l'illuminazione a telecamere complementari per visione artificiale (come quelle offerte da HIFLY), rivolgetevi a un fornitore che comprenda le esigenze specifiche dei sistemi automatizzati.

I 15 anni di esperienza di HIFLY nella visione artificiale—che coprono LED, telecamere e soluzioni integrate—garantiscono un allineamento ottimale con la velocità di produzione, le dimensioni dei difetti e le caratteristiche dei materiali richieste. Contattateci oggi stesso per una consulenza senza impegno finalizzata a ottimizzare la vostra configurazione di illuminazione.