¿Qué hace que la tecnología de iluminación sea crucial en la visión artificial industrial?
La iluminación en la visión artificial es un componente fundamental para crear el contraste necesario y, de este modo, lograr un procesamiento eficiente de las imágenes. Sin luz, una cámara no puede “ver” las características que se van a inspeccionar. El uso de la iluminación LED de la forma correcta creará un contraste negro sobre blanco que permitirá procesar una imagen con un alto rendimiento. El brillo de la iluminación también es crítico para la visión artificial. Con una mayor intensidad de luz, el procesamiento de imágenes será más robusto y reproducible.
Más potencia permite …
• … reducir el tiempo de exposición, eliminando así el desenfoque de movimiento y limitando el impacto de la luz externa.
• … cerrar la abertura, lo que se traduce en una mayor profundidad de campo.
• … reducir el tiempo de exposición, eliminando así el desenfoque de movimiento y limitando el impacto de la luz externa.
• … cerrar la abertura, lo que se traduce en una mayor profundidad de campo.
¿Qué es la luz?
La tecnología de iluminación emite luz a varias longitudes de onda de intensidad variable. La radiación emitida por el sol se presenta en un amplio rango de longitudes de onda, desde la luz ultravioleta hasta el infrarrojo. La iluminación en la visión artificial se presenta en un rango de longitudes de onda principalmente pertenecientes al espectro visible.
Por ejemplo, una iluminación de luz roja puede tener su pico a aproximadamente 630 nm, como se puede ver en la gráfica. La luz roja emitida por un LED tiene un amplio espectro, en el que la intensidad en todo él disminuye desde el pico.
El ojo humano es especialmente sensible a las variaciones de color. Dos productos del mismo color pueden parecer diferentes a los ojos del usuario. Sin embargo, un estricto ordenamiento por casilleros en la selección de los LED utilizados en los productos de iluminación wenglor garantiza que la variación máxima de la longitud de onda de pico no supere los 10 nm. El chip de imagen de una cámara o un lector de códigos de barras tienen una sensibilidad distinta a los diferentes rangos de longitud de onda especificados en las respectivas instrucciones de uso. Para obtener unas condiciones de brillo óptimas, tanto la sensibilidad del chip de imagen como el tipo de luz deben coincidir. Se pueden utilizar filtros de bloqueo externos para evitar la luz extraña. En algunas cámaras ya hay un filtro instalado.
El ojo humano es especialmente sensible a las variaciones de color. Dos productos del mismo color pueden parecer diferentes a los ojos del usuario. Sin embargo, un estricto ordenamiento por casilleros en la selección de los LED utilizados en los productos de iluminación wenglor garantiza que la variación máxima de la longitud de onda de pico no supere los 10 nm. El chip de imagen de una cámara o un lector de códigos de barras tienen una sensibilidad distinta a los diferentes rangos de longitud de onda especificados en las respectivas instrucciones de uso. Para obtener unas condiciones de brillo óptimas, tanto la sensibilidad del chip de imagen como el tipo de luz deben coincidir. Se pueden utilizar filtros de bloqueo externos para evitar la luz extraña. En algunas cámaras ya hay un filtro instalado.
¿Cómo elegir el color de iluminación adecuado?
La visión artificial en color permite detectar diferencias entre colores similares ante el ojo humano. Estas diferencias no se pueden reconocer con la escala de grises de 256 niveles de las cámaras monocromáticas. Por lo tanto, la duración de los procesos aumenta ligeramente cuando se utilizan cámaras en color debido a la gran cantidad de información.
Sin embargo, en combinación con las cámaras monocromáticas, el uso de fuentes de luz de colores es crucial para definir los valores de la escala de grises deseados de elementos específicos para crear contraste. Así, por ejemplo, los objetos rojos y verdes adyacentes aparecen con diferentes tonos de gris en la imagen capturada. Sin embargo, se puede lograr un buen contraste al elegir como color de fondo el color complementario del objeto iluminado. Esto aumenta la estabilidad de la inspección del sistema de visión artificial.
Sin embargo, en combinación con las cámaras monocromáticas, el uso de fuentes de luz de colores es crucial para definir los valores de la escala de grises deseados de elementos específicos para crear contraste. Así, por ejemplo, los objetos rojos y verdes adyacentes aparecen con diferentes tonos de gris en la imagen capturada. Sin embargo, se puede lograr un buen contraste al elegir como color de fondo el color complementario del objeto iluminado. Esto aumenta la estabilidad de la inspección del sistema de visión artificial.
La luz visible se caracteriza por el hecho de que su radiación está dentro de las longitudes de onda de aproximadamente 380 nm (violeta) a aproximadamente 780 nm (rojo). Si se utiliza una cámara monocromática en combinación con la luz roja, por ejemplo, una parte roja aparecerá blanca para la cámara, mientras que una parte azul aparecerá negra.
Cámara en color con luz blanca
Cámara monocromática con luz roja
Cámara monocromática con luz azul
Cámara monocromática con luz verde
La luz infrarroja es una luz invisible con una longitud de onda superior a aproximadamente 780 nm. Esto puede ser útil para evitar que los operarios se expongan a una luz potente. La luz infrarroja funciona mejor con piezas de plástico y no es adecuada para piezas de metal. Sin embargo, es necesario realizar pruebas al iluminar objetos negros.
En el ejemplo, se inspeccionan objetos de plástico de diferentes colores. Cuando se iluminan con luz infrarroja, los objetos aparecen blancos en la imagen capturada a medida que la luz atraviesa el material y este no la refleja. Una luz de fondo infrarroja puede incluso iluminar objetos a través de una cinta transportadora no transparente.
En el ejemplo, se inspeccionan objetos de plástico de diferentes colores. Cuando se iluminan con luz infrarroja, los objetos aparecen blancos en la imagen capturada a medida que la luz atraviesa el material y este no la refleja. Una luz de fondo infrarroja puede incluso iluminar objetos a través de una cinta transportadora no transparente.
Cámara en color con luz blanca
Cámara monocromática con luz blanca
Cámara monocromática con luz infrarroja
La luz ultravioleta (UV) es una luz invisible con longitudes de onda inferiores a 380 nm. Algunos materiales reaccionan con la luz UV cuando se iluminan y emiten luz visible, que a su vez puede ser detectada por una cámara (fluorescencia). Por lo tanto, es necesario colocar un filtro de paso de banda en la óptica de la cámara para garantizar que solo la luz generada por la fluorescencia del objeto incida en el chip de imagen. La luz ultravioleta que genera la fluorescencia no se transmite.
Sin luz UV
Con luz UV
¿Qué efecto tiene el uso de un filtro de polarización?
Un filtro de polarización es un accesorio para luces y cámaras que mejora el contraste al reducir el deslumbramiento y los reflejos no deseados. Se utiliza principalmente para aplicaciones que incluyen materiales brillantes o transparentes. Las ventajas de la polarización se pueden lograr mediante el uso de una película polarizante lineal sobre la luz, combinada con un filtro polarizador colocado en la cámara.
Sin filtro de polarización
Con filtro de polarización
¿Qué es la luz UV?
La luz ultravioleta (UV) es una radiación electromagnética con longitudes de onda en la región espectral de 280 a 400 nm, invisible para el ojo humano. Cuando se combina la iluminación UV con un material luminiscente (luminóforo), la luz emitida por el luminóforo es visible. Este proceso se conoce como fluorescencia, según el cual la luz se emite en respuesta a la excitación de la luz UV.
Las sustancias fluorescentes expuestas a la radiación ultravioleta la absorben y emiten como radiación visible de onda larga, normalmente en los colores azul (470 nm) o verde (525 nm). Esta luz emitida se puede utilizar para inspección visual.
Las sustancias fluorescentes expuestas a la radiación ultravioleta la absorben y emiten como radiación visible de onda larga, normalmente en los colores azul (470 nm) o verde (525 nm). Esta luz emitida se puede utilizar para inspección visual.
¿Cómo se utiliza la luz UV?
La luz ultravioleta tiene múltiples aplicaciones en los ámbitos médico, industrial y comercial. Se utiliza para la desinfección, el control higiénico y la detección de tintas de seguridad y características de embalaje fluorescentes a prueba de falsificaciones. Las marcas de seguridad fluorescentes a la luz UV sirven para la lucha contra la falsificación y la autenticación de marcas mediante códigos 2D, códigos de barras, códigos alfanuméricos, imágenes y gráficos. Estas marcas garantizan la autenticidad de los productos y contribuyen a la trazabilidad en la cadena de suministro. La fluorescencia de las marcas UV depende del tipo de tinta utilizada. Algunas tintas fluorescen en un amplio espectro de longitudes de onda UV, mientras que otras producen reflexión a longitudes de onda más específicas.
¿Qué ocurre cuando la luz impacta contra una superficie?
Al instalar un sistema de visión artificial, se debe tener en cuenta cómo reaccionan los fotones de luz cuando impactan contra una superficie. Es importante determinar cómo llegará la luz a la cámara. La luz puede reaccionar de cinco formas comunes: reflexión, transmisión, absorción, fluorescencia y difusión. Sin embargo, aparecen muchos efectos de forma simultánea.
¿Cómo reacciona la luz a los diferentes materiales de las superficies?
Reflejo de la luz en una superficie brillante
Cuando la luz irradia superficies brillantes, la mayoría de los fotones de luz se reflejan con el mismo ángulo de incidencia. Sin embargo, incluso un espejo muy pulido refleja aproximadamente el 95 % de la luz incidente.
Comportamiento de la luz en una superficie entre brillante y mate
Cuando la luz irradia superficies que no están muy pulidas ni son extremadamente rugosas, la mayoría de los fotones de luz se dispersan en muchos ángulos diferentes. A pesar de la dispersión, la mayor parte de la intensidad de la luz se reflejará con el mismo ángulo de incidencia.
Difusión de la luz en una superficie mate
Cuando la luz irradia superficies muy rugosas o mates, los fotones de luz se dispersan. En teoría, una superficie difusa ideal refleja la luz en todas las direcciones posibles. En este caso, la intensidad de luz más alta sigue la normal (90°) a la superficie.
¿Cómo reflejan la luz las diferentes formas de las superficies?
La forma del objeto inspeccionado es decisiva para la forma en que la luz llega a la cámara para crear contraste. En los diagramas, la potencia lumínica se simplifica y se asume que la superficie iluminada es un espejo perfecto. Las marcas inspeccionadas son representativas de un código marcado con puntos, pero se simplifican como una sola ranura.
Las líneas azules punteadas muestran la reflexión de la luz que llega a la cámara, y se ve en la imagen como blanco. Las líneas grises punteadas muestran que la luz no llega a la cámara, lo que crea una ausencia de luz en el campo de visión.
Las líneas azules punteadas muestran la reflexión de la luz que llega a la cámara, y se ve en la imagen como blanco. Las líneas grises punteadas muestran que la luz no llega a la cámara, lo que crea una ausencia de luz en el campo de visión.
Característica en una superficie plana
Al colocar la cámara en el ángulo incidente reflejado de la iluminación, la mayoría de los fotones de luz llegan a la cámara. Las marcas causan una ausencia de luz que muestra la característica superficial con un buen contraste.
Característica en una superficie curva
En una superficie curva, la mayoría de los fotones de luz no llegan a la cámara. Debido a esto, las aplicaciones con una superficie curva normalmente requieren una luz más grande o una luz que proceda de muchas direcciones alrededor del objeto.
¿Dónde debo colocar mi iluminación con relación a la cámara?
Variantes de iluminación ampliadas para iluminaciones puntuales
En combinación con los objetivos adecuados, la iluminación puntual LSL permite la implementación de otras dos soluciones de iluminación especializadas que satisfacen diferentes requisitos de iluminación y calidad de imagen.
Iluminación de fondo con telecentrado
Los objetivos telecéntricos ofrecen un método especial de iluminación de fondo. En combinación con la iluminación puntual LSLx003, el objetivo telecéntrico se convierte en una potente contraluz telecéntrica. Dos objetivos telecéntricos están alineados entre sí y la luz de la contraluz se posiciona exactamente a lo largo del eje óptico de la cámara.
Un ejemplo de aplicación típico es la inspección y medición del cuello de objetos como ampollas o preformas.
Este método de iluminación se utiliza principalmente para mediciones precisas de objetos redondos o transparentes, así como para comprobaciones de posición y presencia o inspecciones de superficies. Especialmente en el caso de materiales translúcidos, como el vidrio o el plástico transparente, la luz paralela cambia de dirección a través del objetivo telecéntrico cuando incide sobre el objeto. Dado que el objetivo telecéntrico de la cámara solo recibe luz paralela, la luz desviada no entra en la cámara, por lo que solo se puede ver la silueta del objeto de inspección transparente.
Iluminación coaxial
La iluminación coaxial es un método de iluminación especial en el que la luz se acopla axialmente, es decir, en línea con el eje óptico de la cámara. A través de un espejo semitransparente (divisor de haz), la luz se dispersa directamente en el campo visual de la cámara y sobre el objeto que se debe comprobar. La luz reflejada por la superficie del objeto vuelve a pasar por el divisor de haz y se devuelve a la cámara, que captura únicamente la luz dirigida y reflejada hacia atrás.
Las aplicaciones incluyen el control de calidad de superficies planas, la detección de estructuras finas e inspección de superficies brillantes como metales, obleas o sensores de imagen.
Este tipo de iluminación es la única forma de obtener una iluminación de campo claro uniforme y sin sombras en todo el campo visual de la lente (FOV).
¿Cómo se crea una iluminación homogénea para la cámara?
Una iluminación uniforme es un requisito importante para obtener resultados fiables en el procesamiento industrial de imágenes. Sin embargo, en la práctica, la distribución de la luz dentro de un campo visual no suele ser homogéneo. Especialmente en el caso de las iluminaciones de barra, pueden producirse picos de intensidad locales y diferencias de brillo entre las zonas centrales y las cercanas a los bordes.
Para compensar estos efectos, en el caso del efecto curva se adapta específicamente la distribución de la luz. Esto permite homogeneizar el brillo percibido por la cámara en todo el campo visual.
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¿Cómo se refleja la luz de una superficie?
Cuando la luz incide sobre una superficie, se refleja de acuerdo con una distribución de Lambert.
La intensidad de la luz reflejada depende del ángulo de visión.Esto significa que no todas las zonas de una superficie tienen el mismo brillo.
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¿Cómo se comporta una solución de iluminación clásica?
En una iluminación de barra, la luz consta de varias fuentes de luz individuales que siguen esta distribución.
Esto suele dar lugar en la práctica una distribución irregular de la intensidad a lo largo de todo el rango.
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¿Cómo registra la cámara la iluminación?
La cámara registra la distribución de la luz en función de la intensidad reflejada.
Esto puede provocar una mayor ponderación en la zona central, que hace que aparezcan los denominados puntos calientes en la imagen.
Estas sobreexposiciones locales no se pueden registrar con un luxímetro y pueden afectar a la evaluación de la imagen.
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4
¿Cómo garantiza el efecto curva una iluminación uniforme?
En el efecto curva, la intensidad de la luz se ajusta de manera específica utilizando los Angle Changer.
Mediante el control de la distribución de la luz se puede compensar el brillo percibido por la cámara en toda la superficie.
Esto genera una imagen con una iluminación homogénea.
¿Cómo se aplica concretamente el efecto curva?
Para generar el efecto curva, se combinan diferentes Angle Changer a lo largo de la iluminación. Se trata de difusores de luz especiales que se colocan en la parte delantera de las iluminaciones de barra e influyen específicamente en los ángulos de dispersión. Dependiendo de la versión, se puede generar una iluminación plana, media o ancha.
En el centro de la iluminación se utiliza un Angle Changer más ancho que en las zonas periféricas. Así se reduce la intensidad de la luz en el centro, mientras que las zonas periféricas se iluminan más intensamente.
De este modo se consigue una distribución uniforme del brillo en todo el campo visual.
La influencia del efecto curva queda patente en la comparación directa: Las imágenes de ejemplo se tomaron en condiciones idénticas sin Angle Changer y utilizando tres Angle Changer.
- En el primer caso, la iluminación funciona sin Angle Changers, lo que crea una iluminación irregular con picos de intensidad en el centro.
- En el segundo caso se utilizan Angle Changers, donde el Angle Changer central tiene un ángulo de dispersión mayor. De este modo, la intensidad de la luz se dispersa más en el centro y se reducen específicamente los puntos calientes.
El efecto curva se puede utilizar en aplicaciones con iluminación de campo claro. También es una condición previa que la iluminación de barra tenga una longitud suficiente, ya que el efecto solo se puede aplicar a partir de una longitud de 375 mm.
¿Cuál es el efecto de utilizar diferentes modos de funcionamiento?
Luz constante
El modo continuo tiene lugar cuando la luz se enciende de forma permanente o durante un tiempo muy superior al de exposición de la cámara. Por ejemplo, la luz puede encenderse dos segundos antes de la captura de imágenes y apagarse dos segundos después.
La ventaja más importante del modo continuo es la comodidad que supone para las personas que se encuentran alrededor.
La ventaja más importante del modo continuo es la comodidad que supone para las personas que se encuentran alrededor.
Luz estroboscópica
La generación de luz estroboscópica implica que los LED del producto se encienden y apagan mediante una señal externa, normalmente desde un PLC o directamente desde la cámara. Cuando se utiliza una luz en modo estroboscópico, la luz se enciende durante el tiempo que tarda la cámara en adquirir la imagen. Esto significa que la luz se enciende completamente durante todo el tiempo de exposición.
La principal ventaja del modo estroboscópico es una mayor vida útil de los LED debido a la menor acumulación de calor en el producto. En algunos casos, especialmente en aplicaciones con grandes instalaciones de iluminación, el consumo de energía puede reducirse significativamente.
Además de las ventajas del modo estroboscópico enumeradas anteriormente, su corriente más alta permite un mayor brillo y, en consecuencia, un menor tiempo de exposición y una apertura reducida de la cámara.
La principal ventaja del modo estroboscópico es una mayor vida útil de los LED debido a la menor acumulación de calor en el producto. En algunos casos, especialmente en aplicaciones con grandes instalaciones de iluminación, el consumo de energía puede reducirse significativamente.
Modo OverDrive estroboscópico
El modo OverDrive estroboscópico es un término que hace referencia a aquellas luces LED que dejan pasar una corriente mayor a través de los LED con respecto a un ciclo de trabajo definido. Todos los productos LED OverDrive de wenglor contienen un controlador interno que refuerza el ciclo de trabajo, de modo que el producto queda protegido.Además de las ventajas del modo estroboscópico enumeradas anteriormente, su corriente más alta permite un mayor brillo y, en consecuencia, un menor tiempo de exposición y una apertura reducida de la cámara.
