Come selezionare una luce per visione artificiale per la propria applicazione

La qualità dell'immagine è uno dei fattori più importanti in un sistema di visione artificiale e l'illuminazione determina spesso se la telecamera riesce a catturare le informazioni di cui l'algoritmo di ispezione ha effettivamente bisogno. Anche una telecamera ad alta risoluzione può produrre risultati di ispezione non coerenti se l'illuminazione viene scelta in modo inadeguato. È per questo che la scelta della giusta luce di visione artificiale deve essere considerata una parte essenziale della progettazione del sistema, piuttosto che una semplice scelta finale di accessori.

Diverse applicazioni di ispezione presentano requisiti illuminotecnici differenti. Una superficie metallica riflettente potrebbe richiedere un'illuminazione direzionale controllata, mentre un componente scuro potrebbe necessitare di un contrasto maggiore. Oggetti trasparenti, superfici curve, materiali stampati e difetti di piccole dimensioni possono reagire in modo diverso alla stessa sorgente luminosa.

Allora, come devono gli ingegneri scegliere una luce di visione artificiale ? La risposta dipende dall’oggetto da ispezionare, dalla configurazione della telecamera, dalla distanza di lavoro, dal campo visivo, dalle caratteristiche superficiali e dal contrasto d’immagine richiesto. Valutando insieme questi fattori, gli ingegneri possono selezionare un’illuminazione che garantisca un’acquisizione immagini stabile e prestazioni affidabili nell’ispezione.

Per i produttori originali (OEM) e gli integratori di sistemi, è inoltre utile valutare se il fornitore di soluzioni illuminotecniche offre diversi formati di illuminazione e opzioni di controllo. Un portafoglio soluzioni illuminotecniche per machine vision più ampio può semplificare l’abbinamento della sorgente luminosa con diverse telecamere, obiettivi e ambienti di ispezione.

Comprensione dell’oggetto da ispezionare

Caratteristiche Superficiali

La superficie dell’oggetto da ispezionare influenza notevolmente la scelta dell’illuminazione. L’oggetto è riflettente, opaco, trasparente, traslucido, testurizzato o scuro? Ogni tipo di superficie interagisce in modo diverso con la luce.

Le superfici riflettenti possono generare abbagliamento se illuminate direttamente.

Le superfici opache diffondono generalmente la luce in modo più uniforme.

I materiali trasparenti possono produrre riflessi indesiderati o consentire il passaggio della luce attraverso l’oggetto.

Le superfici scure potrebbero richiedere un’illuminazione più intensa o più focalizzata per rivelare dettagli di piccole dimensioni.

Le superfici testurizzate possono trarre vantaggio da un’illuminazione direzionale che enfatizzi le variazioni nella geometria della superficie.

Comprendere queste caratteristiche aiuta gli ingegneri a determinare quale illuminazione per visione artificiale possa generare il contrasto d’immagine più forte e più utile.

Caratteristiche dei difetti e delle caratteristiche

Cosa esattamente deve essere rilevato? Un graffio, un bordo, un carattere stampato, un componente mancante, una contaminazione superficiale o una caratteristica dimensionale potrebbero richiedere illuminazioni completamente diverse.

I difetti superficiali di piccole dimensioni spesso traggono vantaggio da un’illuminazione che crea un forte contrasto tra il difetto e il materiale circostante.

I bordi potrebbero risultare più facili da identificare quando la direzione dell’illuminazione enfatizza il contorno.

I caratteri stampati potrebbero richiedere un’illuminazione uniforme per evitare ombre ed esposizione non omogenea.

Le caratteristiche tridimensionali potrebbero richiedere un’illuminazione direzionale per evidenziare le variazioni di altezza o forma.

La luce per visione artificiale deve quindi essere scelta in base alla caratteristica da ispezionare, piuttosto che semplicemente in base all’aspetto del prodotto.

Abbinamento del tipo di luce all’applicazione

Ring lights

I fasci luminosi ad anello sono comunemente utilizzati quando la telecamera osserva l’oggetto dall’alto o lungo un asse centrale. L’illuminazione circostante può fornire una distribuzione relativamente uniforme della luce su molti obiettivi di ispezione.

Una luce per visione artificiale a forma di anello può risultare utile per ispezionare etichette, superfici, componenti e oggetti relativamente piani.

Diverse distanze operative potrebbero richiedere progettazioni diverse per le luci ad anello.

L’angolo di illuminazione può inoltre influenzare la chiarezza con cui appaiono i dettagli superficiali.

Per oggetti riflettenti, gli ingegneri potrebbero dover considerare configurazioni diffuse o a basso angolo.

Le luci ad anello rappresentano quindi un punto di partenza versatile, ma devono comunque essere scelte in base alla geometria dell’oggetto e alle sue caratteristiche superficiali.

Bar lights

Le luci a barra forniscono un'illuminazione più direzionale rispetto a molte configurazioni di luci ad anello. Possono essere posizionate intorno all'oggetto da ispezionare in base all'angolo di illuminazione richiesto.

Ciò le rende utili quando gli ingegneri devono evidenziare bordi, contorni, texture o caratteristiche superficiali direzionali.

Più luci a barra possono anche essere disposte intorno a un prodotto per creare diversi schemi di illuminazione.

La posizione e l'angolo della luce per visione artificiale influenzano in modo significativo l'immagine finale.

Per aree di ispezione di grandi dimensioni, le luci a barra offrono una flessibilità utile in termini di copertura e posizionamento.

Gli ingegneri OEM dovrebbero valutare lo spazio disponibile per il fissaggio e la distanza di lavoro al fine di stabilire se l'illuminazione a barra sia appropriata.

Luci posteriori

L'illuminazione posteriore viene spesso utilizzata quando è più importante il contorno o la sagoma di un oggetto rispetto al suo aspetto superficiale. La luce è posizionata dietro l'oggetto da ispezionare, in modo che la telecamera ne rilevi una forma in contrasto.

Questo metodo può essere estremamente efficace per l’ispezione dimensionale.

Può aiutare a rivelare con chiara contrapposizione i contorni esterni, i fori, gli interstizi e i bordi.

Una sorgente luminosa per visione artificiale progettata per l’illuminazione retrostante può inoltre ridurre l’influenza del colore e della trama superficiale.

Per componenti trasparenti o semi-trasparenti, l’illuminazione retrostante può fornire informazioni particolarmente utili sulla forma.

L’aspetto fondamentale è selezionare una sorgente luminosa con copertura sufficiente per l’intera area di ispezione.

Valutazione dell’intensità luminosa e dell’uniformità

Intensità di illuminazione

Maggiore intensità luminosa equivale sempre a migliori risultati? Non necessariamente. Un’eccessiva illuminazione può generare abbagliamento, sovraesposizione o riflessi indesiderati.

L’intensità richiesta dipende dalla sensibilità della telecamera, dal tempo di esposizione, dall’apertura del diaframma dell’obiettivo, dalla distanza di lavoro e dal materiale da ispezionare.

Una sorgente luminosa per visione artificiale deve fornire un’illuminazione adeguata affinché la telecamera possa acquisire le caratteristiche richieste, senza produrre un’eccessiva luminosità.

Gli ingegneri devono inoltre valutare se l’intensità luminosa debba essere regolabile durante la messa in servizio del sistema.

Per applicazioni con diverse varianti di prodotto, l'illuminazione regolabile può offrire maggiore flessibilità.

L’obiettivo deve essere un’illuminazione sufficiente e controllabile, non la massima potenza in uscita.

Uniformità dell’illuminazione

L’uniformità è un altro fattore importante. Se alcune zone dell’immagine sono significativamente più luminose di altre, gli algoritmi di elaborazione immagini potrebbero avere difficoltà a stabilire soglie coerenti.

Un’illuminazione non uniforme può rendere un difetto più o meno visibile a seconda della sua posizione.

Una sorgente luminosa adatta per la visione artificiale deve quindi fornire un’illuminazione che corrisponda al campo visivo richiesto.

La distanza di lavoro tra la sorgente luminosa e l’oggetto da ispezionare può influenzare anch’essa l’uniformità.

Gli ingegneri dovrebbero testare l’intera combinazione di fotocamera, obiettivo e illuminazione, anziché valutare la sorgente luminosa in modo isolato.

Per applicazioni di ispezione impegnative, un’illuminazione costante può essere altrettanto importante della luminosità complessiva.

Considerare la distanza di lavoro e il campo visivo

Distanza di installazione

Dove sarà posizionata la luce rispetto all’oggetto? La risposta può influenzare sia l’intensità luminosa sia la copertura.

Una luce per visione artificiale può comportarsi in modo diverso a brevi e a lunghe distanze operative.

Quando la luce è posizionata troppo lontano, l’illuminazione potrebbe risultare insufficiente.

Quando è posizionata troppo vicino, il pattern di illuminazione potrebbe risultare irregolare o generare riflessi indesiderati.

Bisogna inoltre considerare lo spazio meccanico disponibile quando il prodotto transita attraverso la stazione di ispezione.

Gli ingegneri devono quindi valutare la distanza reale di installazione, anziché basarsi esclusivamente sulle specifiche nominali.

Copertura del campo visivo

La luce scelta deve coprire l’area che la telecamera deve ispezionare. Una luce di piccole dimensioni potrebbe non fornire un’illuminazione sufficiente su un ampio campo visivo.

Al contrario, utilizzare una luce per visione artificiale eccessivamente grande potrebbe aumentare i requisiti di installazione senza offrire benefici significativi.

Il campo visivo della telecamera, le dimensioni dell’oggetto e l’area di ispezione devono essere considerati congiuntamente.

Per prodotti di grandi dimensioni potrebbero essere necessarie più sorgenti luminose.

La disposizione dell’illuminazione deve garantire una copertura adeguata senza generare ombre eccessive o luminosità non uniforme.

Verificare l’intero sistema prima di finalizzare il progetto della macchina può aiutare a prevenire tali problemi.

Abbinamento tra illuminazione, telecamera e obiettivo

Esposizione della telecamera

La luce per visione artificiale e la telecamera devono essere considerate come un unico sistema di acquisizione immagini. Le impostazioni di esposizione della telecamera influenzano la quantità di illuminazione richiesta.

Una luce più intensa potrebbe consentire tempi di esposizione più brevi, utile per oggetti in movimento.

Un’esposizione più breve può contribuire a ridurre lo sfocamento da movimento durante ispezioni ad alta velocità.

Tuttavia, un’eccessiva intensità luminosa potrebbe causare sovraesposizione.

La luce per visione artificiale deve quindi fornire un’intensità sufficiente pur rimanendo regolabile.

Gli ingegneri dovrebbero ottimizzare contemporaneamente illuminazione ed esposizione, anziché regolare un solo componente.

Obiettivo e geometria ottica

L’obiettivo influenza anche l’aspetto dell’illuminazione nell’immagine acquisita. Distanza di lavoro, lunghezza focale, campo visivo e apertura influenzano tutti il risultato finale dell’acquisizione immagine.

Una sorgente luminosa per visione artificiale che funziona bene con una determinata configurazione di obiettivo potrebbe non produrre lo stesso risultato con un’altra configurazione.

L’angolo tra la sorgente luminosa, l’obiettivo e l’oggetto da ispezionare può modificare riflessi e ombre.

Ciò risulta particolarmente importante durante l’ispezione di superfici metalliche o lucide.

Gli ingegneri OEM dovrebbero testare la reale configurazione ottica prima di selezionare la disposizione finale dell’illuminazione.

In generale, una valutazione completa di telecamera-obiettivo-sorgente luminosa risulta più efficace rispetto alla scelta indipendente di ciascun componente.

Considerazioni relative al controllo e all’integrazione nel sistema

Regolazione della luminosità

Alcune applicazioni richiedono la regolazione dei parametri di illuminazione durante la messa in servizio o la produzione. In tali casi, un’illuminazione controllabile può rivelarsi molto utile.

Una luce per visione artificiale con luminosità regolabile consente agli ingegneri di ottimizzare il contrasto senza dover sostituire fisicamente la sorgente luminosa.

Ciò può anche aiutare ad adattarsi a prodotti diversi o a condizioni di ispezione variabili.

Per le attrezzature automatizzate, il controllo della luminosità può essere integrato con un controller dedicato.

Una soluzione di controllo adeguata può semplificare la regolazione dell’illuminazione durante la messa a punto della macchina.

Gli ingegneri dovrebbero quindi considerare sia la luce stessa sia il modo in cui verrà controllata.

Per applicazioni che richiedono una potenza maggiore o un controllo più preciso, può essere valutato un controllo illuminazione ad alta potenza dedicato insieme alla luce selezionata.

Illuminazione comandata

L’illuminazione comandata può risultare utile quando gli oggetti transitano attraverso una stazione di ispezione automatica. Invece di mantenere la luce costantemente attiva, l’illuminazione può essere sincronizzata con l’acquisizione dell’immagine.

Ciò può contribuire a creare condizioni di acquisizione immagini costanti.

Potrebbe inoltre ridurre la durata dell’illuminazione non necessaria durante il funzionamento ad alta velocità.

Una luce per visione artificiale utilizzata con attivazione deve essere valutata insieme alla telecamera e al controllore di automazione.

La tempistica dell’attivazione deve corrispondere alla sequenza di ispezione.

Per le attrezzature OEM, tale coordinamento può contribuire a creare un processo di acquisizione immagini più ripetibile.

Valutazione dei requisiti ambientali e meccanici

Condizioni operative industriali

Dove verrà impiegato il sistema di ispezione? Gli ambienti di fabbrica possono presentare polvere, vibrazioni, variazioni di temperatura o funzionamento continuo.

La luce per visione artificiale deve essere adatta alle effettive condizioni operative dell’attrezzatura.

Gli ingegneri devono considerare la costruzione dell’involucro, la dissipazione del calore, il percorso dei cavi, il metodo di fissaggio e il tempo operativo previsto.

L’illuminazione ad alta potenza può generare calore aggiuntivo, rendendo fondamentale la gestione termica.

La luce deve essere posizionata in modo da non interferire con i componenti mobili della macchina.

Prendere in considerazione queste condizioni nella fase di progettazione può contribuire a migliorare la stabilità a lungo termine del sistema.

MANUTENZIONE E SOSTITUZIONE

I componenti di illuminazione potrebbero, col tempo, richiedere sostituzione o regolazione. Gli ingegneri OEM dovrebbero quindi valutare con quanta facilità sia possibile accedere alla luce per la visione artificiale.

Una luce di difficile accesso può aumentare i tempi di manutenzione.

I collegamenti dei cavi devono essere posizionati in punti facilmente e sicuramente raggiungibili dagli operatori.

Il sistema di fissaggio deve inoltre consentire un allineamento coerente della luce dopo ogni intervento di manutenzione.

Se la macchina viene prodotta in lotti, configurazioni di illuminazione standardizzate possono semplificare la sostituzione.

Una buona accessibilità può ridurre i tempi di fermo e rendere più agevole la manutenzione ordinaria.

Selezione di una luce per visione artificiale per apparecchiature OEM

Bilanciare prestazioni e costo

La luce per visione artificiale più costosa non è automaticamente la scelta migliore. Gli OEM devono concentrarsi sulla capacità della luce selezionata di fornire la qualità dell’immagine e le prestazioni di integrazione richieste.

Un'ispezione semplice potrebbe non richiedere un sistema di illuminazione ad alta potenza.

Un'applicazione impegnativa potrebbe giustificare un'illuminazione più intensa o un controllo più sofisticato.

Bisogna inoltre considerare i costi di installazione, degli equipaggiamenti di controllo, della manutenzione e della sostituzione.

Gli ingegneri dovrebbero valutare la soluzione di illuminazione nel suo complesso, anziché confrontare esclusivamente il prezzo d'acquisto.

L'equilibrio ottimale è una configurazione di illuminazione che fornisce risultati di ispezione stabili, senza specifiche superflue.

Verifica prima della scelta definitiva

Perché verificare l'illuminazione prima di finalizzare il progetto? Perché le specifiche da sole non possono prevedere ogni risultato di acquisizione immagini.

Materiali diversi possono reagire in modo diverso alla stessa illuminazione.

Piccole variazioni nell'angolo di incidenza della luce possono influenzare in modo significativo riflessi e contrasto.

Anche la telecamera e l'obiettivo possono modificare le prestazioni apparenti di una sorgente luminosa per visione artificiale.

I test sui prototipi consentono agli ingegneri di valutare la qualità reale delle immagini in condizioni realistiche.

Questo processo può rivelare problemi legati a abbagliamento, ombre, luminosità insufficiente o illuminazione non uniforme prima della produzione su larga scala.

Per i progetti OEM, i test preliminari sull’illuminazione possono quindi ridurre i rischi di riprogettazione e messa in servizio.

Soluzioni di illuminazione HIFLY per applicazioni di visione artificiale

Abbinamento dell’illuminazione ai requisiti del sistema

La scelta di una luce per visione artificiale è, in ultima analisi, una decisione relativa all’acquisizione di immagini, non semplicemente una decisione di selezione di un prodotto. L’oggetto da ispezionare, la telecamera, l’obiettivo, la distanza di lavoro, il campo visivo, la luminosità e il metodo di controllo devono tutti operare in sinergia.

HIFLY fornisce illuminazione per visione artificiale e componenti correlati per applicazioni industriali di ispezione, offrendo agli OEM e agli integratori di sistemi diverse opzioni per soddisfare differenti esigenze di acquisizione immagini.

Un portafoglio di soluzioni di illuminazione più ampio può facilitare il confronto tra diverse strutture di illuminazione prima della definizione definitiva dell’architettura del sistema.

Per applicazioni che utilizzano diverse luci controllate in modo indipendente, un opzione di controllo dell'illuminazione a più canali può anche essere considerato per coordinare l’illuminazione all’interno del sistema di ispezione.

L’obiettivo deve sempre essere quello di creare un’immagine stabile che riveli chiaramente la caratteristica da ispezionare.

Quando l’illuminazione viene scelta in base all’applicazione completa anziché a una singola specifica, gli ingegneri OEM possono realizzare un sistema di visione più coerente e facilmente gestibile.

FAQ

Qual è il fattore più importante nella scelta di una luce per machine vision?

Il bersaglio di ispezione è solitamente il punto di partenza migliore. Devono essere presi in considerazione le caratteristiche superficiali, il tipo di difetto, la telecamera, l’obiettivo, la distanza di lavoro e il contrasto richiesto.

Una luce per machine vision più intensa è sempre preferibile?

No. Un’intensità eccessiva può causare riflessi abbaglianti e sovraesposizione. L’intensità ideale è quella sufficiente a produrre un’immagine chiara e coerente.

L’illuminazione deve essere testata insieme alla telecamera?

Sì. La telecamera reale, l’obiettivo, l’oggetto e la disposizione dell’illuminazione devono essere testati insieme, poiché le condizioni ottiche possono influenzare in modo significativo la qualità dell’immagine.

Quando è utile una luce ad alta potenza?

L’illuminazione ad alta potenza può risultare utile quando l’oggetto da ispezionare richiede un’illuminazione più intensa, la distanza di lavoro è relativamente elevata oppure l’applicazione prevede condizioni di acquisizione immagini particolarmente impegnative.