Présentation rapide de l’éclairage et des filtres colorés pour les capteurs de vision

Les fabricants qui utilisent les systèmes de vision industrielle pour inspecter les pièces, guider les bras robotisés et trier les paquets sont confrontés à la même réalité que tous les photographes du dimanche : tout est une question d’éclairage et il faut trouver le bon.

Le problème est que les sites de production ne se prêtent pas vraiment à la photographie. Les vitrines des boutiques laissent entrer trop de lumière à midi et projettent trop d’ombres dans l’après-midi. Les pièces brillantes réfléchissent la lumière vers la caméra, ce qui altère l’image.

La solution à ces excentricités en matière d’éclairage consiste à utiliser des filtres de vision industrielle, un éclairage diffus et de nombreux autres moyens d’éclairage qui permettent aux systèmes de vision industrielle de produire les images numériques claires qui sont nécessaires aux inspections d’automatisation industrielle.

Défis courants associés à l’éclairage dans les usines automatisées

À l’instar de toutes les caméras numériques, les caméras de vision industrielle utilisent une optique pour réfracter la lumière vers un capteur de vision. Ce capteur utilise un processeur de signal numérique (DSP) pour traduire les ondes lumineuses en pixels, qui forment les images. Ces dernières permettent aux robots industriels d’identifier les pièces et de les porter jusqu’à leur emplacement sur la ligne de production. Toutes ces variables doivent interagir de façon rapide et précise pour que la ligne de production puisse fonctionner au maximum de son efficacité.

Et cela n’est pas simple compte tenu des nombreuses variables d’éclairage que l’on peut compter dans un environnement de production. Parmi les défis les plus courants associés à l’éclairage dans un environnement d’automatisation industrielle, on peut citer les suivants :

Éclairage ambiant : les niveaux d’éclairage ambiant dans une usine varient tout au long de la journée. Les opérations comme le soudage créent des projections incandescentes qui peuvent altérer l’éclairage sur les processus de production automatisés qui se trouvent à proximité.

Si des ajustements classiques, comme le réglage de la vitesse d’obturation et de la largeur d’ouverture des caméras, peuvent être utiles, les systèmes de vision déploient pour leur part des filtres de bande passante qui laissent uniquement passer un spectre de lumière étroit jusqu’au capteur de vision de la caméra. Cette méthode garantit que la caméra ne capture que ce que le système de vision a besoin de voir.

Couleurs : la couleur d’une pièce en production peut altérer la capacité d’un robot à la voir à l’aide d’une caméra et ensuite à la manipuler. Sur les étiquettes des boîtes ou des paquets, certaines couleurs réfléchissent la lumière tandis que d’autres l’absorbent. Cela peut avoir un grave impact sur le fonctionnement du système de distribution d’une entreprise de logistique. Dans la fabrication de matériel électronique, la couleur des câbles envoie parfois des signaux essentiels au système de vision.

Les caméras de vision industrielle utilisent souvent des LED colorées pour créer un contraste visuel et pallier les effets des couleurs sur les surfaces. Les filtres colorés peuvent améliorer ou compléter les effets des LED.

Reflets : les surfaces brillantes en métal et en plastique créent un excès de lumière, ce qui empêche une imagerie efficace. Mais les reflets ne sont pas toujours néfastes. Ils peuvent en effet être utilisés pour rediriger la lumière vers des zones sombres que les autres moyens d’éclairage ne parviennent pas à atteindre.

Les filtres polarisants constituent l’une des meilleures solutions contre les reflets. Une autre méthode appelée éclairage rasant consiste à diffuser la lumière sur une surface à un angle faible afin de réduire les reflets. La diffusion de la lumière permet de répartir les rayons lumineux sur un objet pour diminuer le nombre de rayons directs qui touchent la surface brillante. Les caméras peuvent également être inclinées et éclairées spécifiquement pour détecter les défauts dans les zones réfléchissantes.

Ombres : l’éclairage provenant de presque tous les angles peut créer des ombres qui réduisent la clarté des images obtenues par vision industrielle. Les pièces 3D (par opposition aux étiquettes 2D des produits, par exemple) sont particulièrement susceptibles de créer des ombres sur les photographies numériques.

Bien que modifier les angles de montage des caméras puisse permettre d’éliminer certaines ombres, une technique d’imagerie appelée High Dynamic Range (HDR) est de plus en plus utilisée pour pallier ce problème. Les photos HDR assombrissent numériquement les zones claires et éclaircissent les zones sombres pour créer une plus grande cohérence visuelle et réduire les ombres.

Angles : les pièces complexes comme les blocs-moteurs et les collecteurs d’échappement présentent de nombreux angles, qui créent une multitude de défis en matière d’éclairage.

L’angle de montage de la caméra peut être adapté pour tenir compte de la plupart de ces problèmes. Positionner les pièces, les caméras et les éclairages à des angles spécifiques peut également permettre de détecter les défauts sur un produit.

Défauts de surface : les perceuses et les fraiseuses laissent sur les pièces des bavures qui doivent être éliminées. Un bras de soudure robotisé peut aussi laisser un morceau de métal fondu à un endroit où il ne devrait pas. Les caméras de vision industrielle doivent être capables de signaler ces défauts avant qu’ils n’entraînent d’autres problèmes.

Un filtre de diffusion permet de répartir la lumière sur ces surfaces 3D dans le but d’identifier les anomalies. Sur les surfaces planes, la photographie avec un éclairage rasant peut produire une image de meilleure qualité.

Dimensions et distance optique : la taille d’un objet peut poser des problèmes d’éclairage importants, que ce soit dans un environnement microscopique, comme une tranche de silicium, ou dans un environnement macroscopique, comme un site de production d’avions commerciaux. Par ailleurs, la distance optique qui sépare la caméra et le sujet peut nuire à la qualité de l’image et ne pas permettre de répondre aux besoins en éclairage.

Les distances optiques courtes nécessitent généralement un éclairage moindre par rapport aux distances plus longues. Ainsi, les caméras doivent être installées de façon stratégique pour optimiser l’efficacité de la vision industrielle.

Matériel et logiciel : la vision industrielle revient à choisir les caméras, les optiques et les logiciels les plus appropriés pour produire le meilleur résultat en réponse à un besoin d’automatisation spécifique. Par exemple, les caméras peuvent être équipées de plusieurs LED colorées pour projeter une lumière bleue sur une partie d’une pièce et une lumière rouge sur une autre partie de cette même pièce. Les caméras dotées de lentilles liquides n’ont pas de pièces mobiles, ce qui réduit les coûts de maintenance.

Certaines applications nécessitent des caméras infrarouges ou ultraviolettes qui capturent la lumière en dehors du spectre visible par l’œil humain. Les logiciels de vision industrielle hautes performances rassemblent toutes ces variables dans une solution cohérente unique.

En savoir plus :

• Notions de base de l’éclairage de vision industrielle
• Le guide d’achat d’éclairage interactif montrent les résultats propres à différentes stratégies d’éclairage. Cet outil vous aidera à choisir la meilleure solution pour les applications de vision industrielle, de lecture de codes-barres et de vérification d’objets.
• L’article Capteurs dans l’automatisation industrielle explique le fonctionnement et les avantages des capteurs de vision.