Cos’è un filtro ottico?
I filtri ottici vengono utilizzati nel percorso del raggio della camera o dell’illuminazione e determinano quali componenti della luce vengono lasciati passare. Mentre determinate gamme di lunghezze d’onda vengono lasciate passare, altre possono essere bloccate o attenuate. Le lunghezze d’onda interessate dipendono dal tipo di filtro. I filtri passa banda limitano la luce a un intervallo spettrale ristretto, mentre i filtri passa lungo e passa corto lasciano passare le lunghezze d’onda rispettivamente al di sopra e al di sotto di un valore limite prestabilito. I filtri di polarizzazione, invece, non influenzano la lunghezza d’onda, bensì la direzione di oscillazione della luce.
In questo modo, soprattutto l’intervallo spettrale raggiunge la camera rilevante per la rispettiva attività di verifica. In questo modo è possibile eliminare la luce ambientale fastidiosa e ridurre le riflessioni. Allo stesso tempo, è possibile evidenziare caratteristiche del materiale come differenze di colore o strutture superficiali che sarebbero difficili da vedere o addirittura invisibili senza il filtro adatto.
Quando vengono utilizzati i filtri ottici?
Aumentare i contrasti
Evidenziare maggiormente le caratteristiche rilevanti
Ridurre al minimo le riflessioni
Migliorare la precisione di ripetibilità
Rendere visibili le proprietà del materiale
Ridurre la luce ambientale fastidiosa
Parametri importanti dei filtri ottici
Trasmissione
La trasmissione indica la quantità di luce che passa attraverso il filtro. Maggiore è la trasmissione, maggiore è la quantità di luce utile che raggiunge la camera.
Intervallo di blocco
L’intervallo di blocco indica la parte dello spettro che il filtro blocca. Un elevato effetto di blocco riduce le componenti luminose indesiderate e, di conseguenza, l’influenza della luce estranea sulla ripresa.
Larghezza di emivita (FWHM)
La larghezza di emivita descrive la larghezza dell’intervallo spettrale che un filtro lascia passare. Minore è la larghezza di emivita, più stretta e selettiva è la banda di lunghezze d’onda che viene lasciata passare.
Lo spettro elettromagnetico
| Intervallo spettrale | Lunghezza d’onda | Applicazioni tipiche |
|---|---|---|
| UV | 200–400 nm | Fluorescenza, analisi dei materiali |
| Luce visibile | 400–700 nm | Elaborazione di immagini standard |
| Vicino infrarosso (IR) | 700–1.100 nm | Soppressione della luce parassita, riconoscimento dei materiali |
| SWIR | 1.000–2.500 nm | Misurazione dell’umidità, semiconduttori |
| MWIR | 3–5 µm | Termografia |
| LWIR | 8–14 µm | Tecnologia di imaging termico |
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UV
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200–400 nm
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Fluorescenza, analisi dei materiali
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Luce visibile
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400–700 nm
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Elaborazione di immagini standard
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Vicino infrarosso (IR)
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700–1.100 nm
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Soppressione della luce parassita, riconoscimento dei materiali
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SWIR
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1.000–2.500 nm
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Misurazione dell’umidità, semiconduttori
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MWIR
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3–5 µm
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Termografia
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LWIR
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8–14 µm
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Tecnologia di imaging termico
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Cosa occorre considerare nella scelta dei filtri ottici?
Posizione spettrale
Tipo di filtro
Grado di trasmissione
Ripidità del bordo
Compatibilità meccanica
Der passende Filter funktioniert nur mit der richtigen Beleuchtung:
Ein Filter allein erzeugt noch kein optimales Bild. Zunächst sorgt die auf das Prüfobjekt abgestimmte Beleuchtung dafür, dass die gewünschten Merkmale hervortreten. Der passende Filter verstärkt diesen Effekt, indem er störende Lichtanteile ausblendet und nur die für die Bildaufnahme relevanten Wellenlängen zur Kamera gelangen lässt. Erst dann entsteht ein kontrastreiches, auswertbares Bild.
Welche Arten optischer Filter gibt es?
Polarisationsfilter
Eigenschaft: Polarisationsfilter reduzieren störende Reflexionen auf glänzenden oder transparenten Oberflächen.
Typische Anwendung: Polarisationsfilter erhöhen den Kontrast, indem sie störende Reflexionen, Glanzlichter und Spiegelungen auf glatten, glänzenden oder gekrümmten Oberflächen herausfiltern. Dadurch lassen sich Risse, Kratzer oder Unregelmäßigkeiten besser erkennen, die andernfalls von Reflexionen überlagert werden können. Somit sind sie insbesondere für die Glasinspektion, die Prüfung von Kunststoffteilen und Folien sowie die Flüssigkeits- und Oberflächenkontrolle geeignet.
Bandpassfilter Rotlicht (Farbfilter)
Eigenschaft: Rote Bandpassfilter lassen Licht aus dem roten Spektralbereich passieren und unterdrücken andere Wellenlängen.
Typische Anwendung: In Kombination mit roter LED-Beleuchtung reduzieren rote Bandpassfilter störende Lichtanteile außerhalb des roten Spektrums und sorgen so für stabile Kontraste. Dadurch lassen sich beispielsweise Druckbilder, Etiketten, Barcodes oder Klarschrift zuverlässig erfassen. Weitere Einsatzbereiche sind OCR-Anwendungen sowie die Erkennung von Farbmarkierungen und Verpackungsmerkmalen.
IR-Langpassfilter
Eigenschaft: IR-Langpassfilter blockieren sichtbares Licht und lassen infrarotes Licht hindurch.
Typische Anwendung: In Verbindung mit aktiver IR-Beleuchtung lässt sich störendes sichtbares Umgebungslicht nahezu vollständig ausblenden und der Kontrast erhöhen. Das ermöglicht eine zuverlässige Bildauswertung auch unter herausfordernden Lichtbedingungen, beispielsweise in der Fördertechnik und Robot Vision sowie bei der Anwesenheitskontrolle, Materialunterscheidung und Codeerkennung.
Bandpassfilter für sichtbares Licht
Eigenschaft: Begrenzt die Bildaufnahme auf den sichtbaren Spektralbereich von 400–700 nm und reduziert störendes UV- und IR-Licht.
Typische Anwendung: Bandpassfilter für sichtbares Licht reduzieren Einflüsse durch Umgebungslicht oder Fremdbeleuchtung, welche Kontrast und Farbwiedergabe verfälschen können. Dadurch lassen sich in Mehrkamerasystemen einheitliche Werte über alle Kameras hinweg erzielen. Auch bei der Farbprüfung, Positionskontrolle und Qualitätskontrolle bleiben die Ergebnisse bei wechselnden Beleuchtungssituationen besser vergleichbar.
Bandpassfilter Blaulicht (Farbfilter)
Eigenschaft: Optimiert den Kontrast bei blauer LED-Beleuchtung und unterdrückt störendes Umgebungslicht.
Typische Anwendung: Blaue Bandpassfilter nutzen die geringere Beugung kurzwelligen Lichts, um feine Strukturen mit schärferen Kanten und höheren Kontrasten abzubilden. Gleichzeitig wird Licht außerhalb des blauen Spektrums ausgeblendet. Dies ermöglicht eine rauscharme und kontrastreiche Erfassung bei der Elektronik- und Leiterplatteninspektion, der Kanten- und Konturerkennung sowie bei Oberflächenprüfungen, Strukturerkennungen und Präzisionsmessungen.
UV-Filter
Eigenschaft: Für Anwendungen mit UV-Beleuchtung oder UV-Fluoreszenz zur Hervorhebung von Merkmalen, die im sichtbaren Licht nicht erkennbar sind.
Typische Anwendung: Bei der Fluoreszenzprüfung blockieren UV-Filter die intensive UV-Anregungsstrahlung, während das von fluoreszierenden Stoffen ausgesendete, schwächere Fluoreszenzsignal für die Bildaufnahme genutzt wird. Auf diese Weise lassen sich Rückstände, Fehlstellen oder Codes sichtbar machen. Typische Anwendungen sind die Klebstoffkontrolle, Lack- und Beschichtungsprüfung, das Auslesen unsichtbarer Sicherheitsmarkierungen wie Data-Matrix-Codes auf Glasampullen sowie die Materialanalyse.
