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Uno sguardo rapido all'illuminazione a colori e ai filtri per sensori di visione

machine vision lighting and filters

I produttori che utilizzano sistemi di visione industriale per ispezionare i componenti, guidare i bracci robotizzati e smistare i colli affrontano le stesse difficoltà note a tutti gli appassionati di fotografia del weekend: è tutta una questione di avere la luce giusta.

Il problema è che la pavimentazione di uno stabilimento è un campo minato dal punto di vista fotografico. Le finestre delle officine lasciano entrare troppa luce a mezzogiorno, ma proiettano troppe ombre quando il secondo turno inizia a lavorare. Le parti lucide riflettono la luce nella telecamera, rovinando l'immagine.

La soluzione a queste eccentricità legate all'illuminazione risiede nei filtri di visione industriale, nell'illuminazione dispersa e in molte altre tattiche di illuminazione che garantiscono che i sistemi di visione industriale producano immagini digitali nitide come richiesto dalle ispezioni per l'automazione industriale.

Sfide comuni di illuminazione presso gli stabilimenti automatizzati

Le telecamere per la visione industriale, come tutte le telecamere digitali, utilizzano una lente per rifrangere la luce su un sensore di visione che funziona con un chip con processore di segnale digitale (DSP) per tradurre le onde luminose in pixel che riproducono immagini. Tal immagini consentono ai robot industriali di identificare i componenti e di spostarli nella loro posizione corretta secondo la sequenza di produzione. Tutte queste variabili devono interagire rapidamente e con precisione al fine di mantenere la linea di produzione al massimo dell'efficienza.

Tutto ciò non è semplice se si considerano tutte le variabili di illuminazione in un ambiente di produzione. Le sfide di illuminazione più comuni nei contesti di automazione industriale comprendono:

Luce ambientale: i livelli di luce ambientale di una fabbrica fluttuano durante la giornata. Operazioni quali la saldatura creano esplosioni incandescenti che possono influire sull'illuminazione dei processi di produzione automatizzati nelle vicinanze.

Sebbene accorgimenti convenzionali quali la regolazione delle velocità e delle larghezze di apertura del diaframma delle telecamere possano essere utili, i sistemi di visione possono utilizzare altresì filtri passa banda che consentono soltanto un ristretto spettro di luce per raggiungere il sensore di visione della telecamera. Ciò assicura che la telecamera veda soltanto ciò che il sistema di visione necessita di vedere.

Colori: il colore di un componente in produzione può influenzare la capacità di un robot di vederlo attraverso una telecamera e quindi di maneggiarlo. Sull'etichetta posta su una scatola o su un imballaggio, alcuni colori riflettono la luce mentre altri la assorbono. Ciò può avere un effetto enorme sul funzionamento del sistema di distribuzione di un'azienda di logistica. Nella produzione di componenti elettronici, il colore dei fili può inviare segnali critici a un sistema di visione.

Spesso le telecamere per la visione industriale utilizzano luci LED colorate per creare un contrasto visivo e contrastare gli effetti dei colori sulle superfici. I filtri colorati possono migliorare o integrare gli effetti delle luci a LED.

Le luci colorate incidono sulle ispezioni OCR

Riflettanze: le superfici lucide su metalli e plastica creano aloni di luce in eccesso che impediscono un'acquisizione efficace delle immagini. Tuttavia gli effetti di riflettanza non sono tutti negativi: possono essere utilizzati per reindirizzare la luce in un'area altrimenti buia non raggiungibile adottando tattiche di illuminazione diverse.

I filtri polarizzanti rappresentano uno dei migliori espedienti per risolvere gli effetti di riflettanza. Un'altra tattica chiamata illuminazione in campo scuro applica la luce su una superficie con un'angolazione ridotta in maniera da ridurre la riflettenza. L'uso della diffusione della luce diffonde i raggi luminosi su un oggetto per diminuire il numero di raggi diretti che colpiscono la superficie lucida. È inoltre possibile angolare e illuminare le telecamere in modo specifico per individuare difetti nelle aree riflettenti.

Il polarizzatore riduce il riverbero sulle immagini di ispezione

Ombre: la luce proveniente da quasi tutte le angolazioni può creare ombre che riducono la nitidezza di un'immagine di visione industriale. Tre componenti tridimensionali (al contrario di un'etichetta bidimensionale apposta su prodotto, ad esempio) tendono in particolar modo a creare ombre nelle fotografie digitali.

Sebbene modificare gli angoli di montaggio delle telecamere possa risolvere alcune ombre, una tecnica di imaging chiamata High Dynamic Range (HDR) sta acquisendo popolarità. Le foto HDR scuriscono digitalmente le aree chiare e schiariscono le aree scure al fine di creare una maggiore coerenza visiva e ridurre le ombre.

HDR aggiunge maggiore contrasto sulle immagini di ispezione

Angoli: i componenti complessi quali i blocchi motore e i collettori di scarico presentano numerosi angoli che creano una serie di problemi di illuminazione.

È possibile modificare l'angolazione del supporto di una telecamera in maniera da tenere conto di numerosi di questi problemi. Anche il posizionamento di componenti, telecamere e luci ad angolazioni specifiche può contribuire a identificare i difetti di un prodotto.

Difetti superficiali: Trapani e fresatrici lasciano bave sui componenti che devono essere rimossi. Una saldatura robotizzata potrebbe presentare un pezzo di metallo fuso dove non dovrebbe esservi. Le telecamere per la visione industriale devono essere in grado di segnalare tali difetti prima che causino problemi.

Un filtro di diffusione contribuisce a distribuire la luce su queste superfici tridimensionali per identificare le anomalie. Su superfici piatte, la fotografia su campo oscuro può produrre un'immagine migliore.

Dimensioni e distanza ottica: le dimensioni di un oggetto possono porre notevoli problemi di illuminazione, tanto in un contesto microscopico come un wafer in silicio quanto in un contesto ingrandito come una fabbrica per la produzione di velivoli commerciali. Inoltre, la distanza ottica tra la telecamera e il suo soggetto può incidere sulla qualità dell'immagine e sui requisiti di illuminazione.

Di norma brevi distanze ottiche richiedono meno luce rispetto a lunghe distanze ottiche. Di conseguenza le telecamere devono essere montate in modo strategico per ottimizzare l'efficacia della visione industriale.

Hardware e software: in definitiva, la visione industriale si riduce alla selezione di telecamere, lenti, e software appropriati che producono il risultato migliore per una specifica esigenza di automazione. Ad esempio le telecamere possono essere dotate di più LED colorati per proiettare una luce blu su una sezione di un componente e una luce rossa su un'altra sezione. Le telecamere con lenti liquide non hanno parti mobili, il che riduce i costi di manutenzione.

Alcune applicazioni richiedono telecamere a infrarossi o ultravioletti che acquisiscono la luce al di fuori dello spettro visivo umano. Un software di visione industriale ad alte prestazioni riunisce tutte queste variabili in una soluzione coesiva.

Ulteriori informazioni:

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