La luce visibile è caratterizzata dal fatto che la sua radiazione rientra nelle lunghezze d onda da circa 380 nm (viola) a circa 780 nm (rosso). Utilizzando una camera monocromatica in combinazione con una luce rossa, ad esempio, una parte rossa apparirà bianca per la camera, mentre una parte blu apparirà nera.
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# Tecnica di illuminazione per la Machine Vision

L’illuminazione è essenziale per l’elaborazione industriale di immagine. Tipo, colore e intensità dell’illuminazione creano contrasto che definisce ciò che è visibile nell’immagine acquisita. Pertanto, solo condizioni di illuminazione omogenee si traducono in un’acquisizione dell’immagine forte e ripetibile. Evitare condizioni di luce fluttuanti, come la luce del giorno.

## Cosa rende la tecnologia dell’illuminazione fondamentale nella Machine Vision industriale?

L illuminazione Machine Vision è una componente fondamentale per creare contrasto e garantire un’elaborazione efficiente di immagine. Senza luce non c’è modo per una camera di “vedere” gli elementi da verificare. L’uso corretto dell’illuminazione a LED crea un contrasto nero su bianco che consente di elaborare un’immagine con un’elevata produttività. Anche la luminosità dell’illuminazione è fondamentale per la Machine Vision. Con una maggiore intensità di luce, l’elaborazione di immagine sarà più forte e ripetibile.

Più potenza per …

• … ridurre il tempo di esposizione, eliminando la sfocatura del movimento e limitando l’impatto della luce ambientale.

• … chiudere l’apertura per ottenere una maggiore profondità di campo.

## Cos’è luce?

La tecnica di illuminazione emette luce a diverse lunghezze d’onda di diversa intensità. La radiazione emessa dal sole proviene da un’ampia gamma di lunghezze d’onda, dalla luce ultravioletta all’infrarosso. L’illuminazione Machine Vision è disponibile in una gamma di lunghezze d’onda principalmente nello spettro visibile.

Ad esempio, un’illuminazione a luce rossa può avere il suo picco a circa 630 nm, come si può vedere nel grafico. La luce rossa emessa da un LED ha un ampio spettro in cui l’intensità attraverso lo spettro diminuisce dal picco.

L’occhio umano è particolarmente sensibile alle variazioni di colore. Due prodotti dello stesso colore possono apparire in modo diverso rispetto agli occhi dell’utente. Tuttavia, una rigorosa selezione dei bin nella selezione dei LED utilizzati nei prodotti di illuminazione wenglor assicura che la variazione massima della lunghezza d’onda di picco non superi i 10 nm. Il chip di immagine di una camera o di un lettore di codici a barre presenta sensibilità diverse a intervalli di lunghezza d’onda diversi specificati nelle rispettive istruzioni d’uso. Per condizioni di luminosità ottimali, sia la sensibilità del chip di immagine che il tipo di luce devono essere abbinati tra loro. I filtri di blocco esterni possono essere utilizzati per evitare luce estranea. In alcune camere è già installato un filtro.

### Come scegliere il giusto colore di illuminazione?

Color Machine Vision consente di rilevare differenze di colore simili a quelle dell’occhio umano. Queste differenze non possono essere riconosciute con la scala di grigi a 256 livelli delle camere monocromatiche. Pertanto, a causa della grande quantità di informazioni, la durata del processo aumenta leggermente quando si utilizzano camere a colori.

In combinazione con le camere monocromatiche, tuttavia, l’uso di sorgenti luminose colorate è fondamentale per definire i valori desiderati della scala di grigi di caratteristiche specifiche per creare contrasto. Pertanto, ad esempio, gli oggetti rossi e verdi vicini appaiono in diverse tonalità di grigio nell’immagine acquisita. Tuttavia, è possibile ottenere un buon contrasto quando si sceglie il colore di sfondo nel colore complementare dell’oggetto illuminato. Ciò aumenta la stabilità di ispezione del sistema di ispezione visiva.

La luce visibile è caratterizzata dal fatto che la sua radiazione rientra nelle lunghezze d onda da circa 380 nm (viola) a circa 780 nm (rosso). Utilizzando una camera monocromatica in combinazione con una luce rossa, ad esempio, una parte rossa apparirà bianca per la camera, mentre una parte blu apparirà nera.

### Camera a colori con luce bianca

### Camera monocromatica con luce rossa

### Camera monocromatica con luce blu

### Camera monocromatica con luce verde

La luce infrarossa è una luce invisibile con una lunghezza d’onda superiore a circa 780 nm. Ciò può essere utile per evitare che gli operatori siano esposti a una luce potente. La luce a infrarossi funziona meglio per le parti in plastica e non è adatta alle parti metalliche. Tuttavia, il test è necessario quando si illuminano oggetti neri.

Nell’esempio vengono ispezionati oggetti in plastica di colori diversi. Se illuminati con luce infrarossa, gli oggetti appaiono bianchi nell’immagine acquisita mentre la luce passa attraverso il materiale e non viene riflessa da esso. Una retroilluminazione a infrarossi può persino illuminare gli oggetti attraverso un nastro trasportatore non trasparente.

### Camera a colori con luce bianca

### Camera monocromatica con luce bianca

### Camera monocromatica con luce infrarossa

La luce ultravioletta (UV) è una luce invisibile con lunghezze d’onda inferiori a circa 380 nm. Alcuni materiali reagiscono con l’illuminazione UV e rilasciano luce visibile che può essere catturata da una telecamera (fluorescenza). Pertanto, è necessario applicare un filtro passa banda sull’ottica della videocamera per garantire che solo la luce generata dalla fluorescenza dell’oggetto colpisca il chip di immagine. La luce UV che genera la fluorescenza non viene lasciata passare.

### Senza luce UV

### Con luce UV

### Qual è l’effetto di un filtro di polarizzazione?

Un filtro di polarizzazione è un accessorio per luci e camere che migliora il contrasto riducendo i riflessi indesiderati e il riverbero. Viene utilizzato principalmente per applicazioni che includono materiali lucidi o trasparenti. I vantaggi della polarizzazione possono essere ottenuti utilizzando una pellicola polarizzante lineare sulla luce combinata con un filtro polarizzante posizionato sulla camera.

### Senza filtro di polarizzazione

### Con filtro di polarizzazione

## Che cos’è la luce UV?

La luce ultravioletta (UV) è una radiazione elettromagnetica con lunghezze d’onda nell’intervallo spettrale da 280 a 400 nm, invisibile all’occhio umano. Quando si combina l’illuminazione UV con una sostanza luminescente (luminofore), la luce emessa dal luminofore è visibile. Questo processo è noto come fluorescenza, in cui la luce viene emessa in risposta all’eccitazione da parte della luce UV.

Le sostanze fluorescenti esposte ai raggi UV le assorbono e le emettono sotto forma di radiazioni visibili ad onda più lunga, tipicamente di colore blu (470 nm) o verde (525 nm). Questa luce emessa può quindi essere utilizzata per l’ispezione visiva.

### Come si usa la luce UV?

La luce ultravioletta trova molteplici applicazioni in ambito medico, industriale e commerciale. Viene utilizzato per la disinfezione, il controllo dell’igiene e il riconoscimento degli inchiostri di sicurezza e delle caratteristiche di imballaggio fluorescenti e a prova di manomissione. Le marcature di sicurezza fluorescenti UV servono a contrastare la contraffazione e l’autenticazione dei marchi tramite codici 2D, codici a barre, codici alfanumerici, immagini e grafici. Queste marcature garantiscono l’autenticità dei prodotti e supportano la tracciabilità lungo la catena di fornitura. La fluorescenza delle marcature UV dipende dal tipo di inchiostro utilizzato. Alcuni inchiostri fluoresceno su un ampio spettro di lunghezze d’onda UV, mentre altri riflettono su lunghezze d’onda più specifiche.

## Cosa succede quando la luce colpisce una superficie?

Quando si installa un sistema Machine Vision, è necessario considerare come reagiscono i fotoni luminosi quando colpiscono una superficie. È importante mappare il modo in cui la luce raggiungerà la camera. La luce può reagire in cinque modi comuni: riflessione, trasmissione, assorbimento, fluorescenza e diffusione. Tuttavia, un gran numero di effetti si verifica simultaneamente.

## Come reagisce la luce ai diversi materiali superficiali?

### Riflesso di luce su una superficie brillante

Quando la luce irradia superfici lucide, la maggior parte dei fotoni riflette nello stesso angolo incidente. Tuttavia, anche uno specchio molto lucido riflette circa il 95% della luce incidente.

### Comportamento della luce su una superficie tra brillante e opaca

Quando la luce irradia superfici che non sono né altamente lucide né estremamente ruvide, la maggior parte dei fotoni luminosi si diffondono in molte angolazioni diverse. Nonostante la diffusione, la maggior parte dell’intensità della luce seguirà l’angolo incidente riflesso.

### Diffusione leggera sulla superficie opaca

Quando la luce irradia superfici molto ruvide o opache, i fotoni luminosi si diffondono. In teoria, una superficie diffusa ideale riflette la luce in tutte le direzioni possibili. In questo caso la massima intensità luminosa segue la normale (90°) alla superficie.

## In che modo le diverse forme delle superfici riflettono la luce?

La forma dell’oggetto ispezionato è decisiva per il modo in cui la luce raggiunge la camera per creare contrasto. Nei diagrammi, l’emissione luminosa è semplificata e si presume che la superficie illuminata sia uno specchio perfetto. Le impronte ispezionate sono rappresentative di un codice marcato con puntini, ma semplificate fino a una singola scanalatura.

Le linee blu tratteggiate mostrano la riflessione della luce che raggiunge la camera e viene visualizzata nell’immagine come bianca. Le linee grigie tratteggiate indicano che la luce non raggiunge la camera, creando un’assenza di luce nel campo visivo.

### Caratteristica su superficie piana

Posizionando la camera nell’angolo incidente riflesso dell’illuminazione, la maggior parte dei fotoni luminosi raggiunge la camera. Le impronte causano un’assenza di luce che mostra la superficie con un buon contrasto.

### Caratteristica su una superficie curva

Su una superficie curva, la maggior parte dei fotoni luminosi non raggiunge la camera. Per questo motivo, le applicazioni con una superficie curva richiedono normalmente una luce più grande o una luce proveniente da molte direzioni intorno all’oggetto.

## Dove devo posizionare l’illuminazione rispetto alla camera?



Il campo chiaro si verifica quando una luce viene posizionata e proiettata ad un angolo molto vicino all’asse ottico della camera. Utilizzando una luce nel campo chiaro, il campo visivo verrà inondato con un’elevata intensità di illuminazione. Gli utenti devono prestare attenzione ai riflessi diretti delle parti lucide e utilizzare diffusori, polarizzatori, posizione della luce e diversi stili di luce come l’ illuminazione a cupola.

Il campo scuro si verifica quando la luce illumina il campo visivo (FoV) con un angolo di incidente compreso tra 80° e 90°. La creazione di una lama di luce attraverso il FoV illumina qualsiasi elemento con altezza o profondità e bordi, con conseguente contrasto. Per creare un effetto campo scuro ideale, le luci devono essere ad alta intensità e con un angolo di emissione ridotto ( LBA). Con le parti lucide, sono necessari tipi di luce diffuse ( LBD).

L’ angolo basso si ha quando la luce proviene da un angolo incidente compreso tra 30° e 80°. Per creare l’effetto basso angolo, la luce viene posizionata tra il campo scuro e il campo chiaro per ottenere i vantaggi di entrambi i metodi di illuminazione. La camera osserverà i bordi evidenziati e una certa luce sulla superficie superiore dell’oggetto. La serie LMLX e l’ illuminazione a barre sono adatte a tali applicazioni.

La retroilluminazione si ha quando la luce è posizionata dietro l’oggetto nel campo visivo. Questo metodo viene utilizzato per creare delle silhouette attorno all’oggetto ispezionato. I prodotti di illuminazione utilizzati per questo metodo, come l’ illuminazione di superficie e l’ illuminazione a barre diffusa, devono illuminare un’area con un’elevata omogeneità per garantire il contrasto nero su bianco in tutto il campo visivo.

## Qual è l’effetto delle diverse modalità operative?

### Luce continua

La modalità continua si verifica quando la luce è accesa costantemente o per un periodo di tempo molto più lungo rispetto al tempo di illuminazione della camera. Ad esempio, la luce può essere accesa due secondi prima dell’acquisizione dell’immagine e poi spenta due secondi dopo.

Il vantaggio più importante della modalità continua è il comfort delle persone nell’ambiente.

### Stroboscopio

Lo strobing della luce significa che i LED del prodotto verranno accesi e spenti tramite un segnale esterno, tipicamente da un PLC/SPS o direttamente dalla camera. Quando si utilizza una luce in modalità stroboscopio, la luce viene accesa per il tempo necessario alla camera per acquisire l’immagine. Ciò significa che la luce è completamente illuminata per tutto il tempo di illuminazione.

Il vantaggio principale della modalità stroboscopio è una maggiore durata dei LED a causa di un minore accumulo di calore nel prodotto. In alcuni casi, specialmente per applicazioni con impianti di illuminazione di grandi dimensioni, il consumo di energia può essere notevolmente ridotto.

### Modalità overdrive stroboscopio

La modalità overdrive stroboscopica è un termine utilizzato per le luci a LED che consentono il passaggio di una corrente più elevata attraverso i LED in relazione a un duty cicle definito. Tutti i prodotti a LED overdrive wenglor contengono un’unità di controllo interno per l’applicazione del duty cicle; in questo modo, il prodotto è protetto.

Oltre ai vantaggi della modalità stroboscopica sopra descritta, la corrente più elevata consente una luminosità più elevata che consente un tempo di illuminazione inferiore e un’apertura ridotta per la camera.

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