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
Il filtro adatto funziona solo con la giusta illuminazione:
Un filtro da solo non produce ancora un’immagine ottimale. In primo luogo, l’illuminazione, adattata all’oggetto da esaminare, fa sì che le caratteristiche desiderate risaltino. Il filtro adeguato rafforza questo effetto, eliminando le componenti luminose fastidiose e lasciando passare alla camera solo le lunghezze d’onda rilevanti per l’acquisizione dell’immagine. Solo così si ottiene un’immagine ad alto contrasto analizzabile.
Quali tipi di filtri ottici esistono?
Filtro di polarizzazione
Caratteristica: I filtri di polarizzazione riducono le fastidiose riflessioni sulle superfici lucide o trasparenti.
Applicazione tipica: I filtri di polarizzazione aumentano il contrasto eliminando le fastidiose riflessioni, i punti luminosi e i riflessi su superfici lisce, lucide o curve. In questo modo è possibile individuare meglio crepe, graffi o irregolarità che altrimenti potrebbero essere mascherati dalle riflessioni. Sono quindi particolarmente adatti all’ispezione del vetro, al controllo di componenti in plastica e pellicole, nonché al controllo di liquidi e superfici.
Filtro passa banda luce rossa (filtro colore)
Caratteristica: I filtri passa banda rossi lasciano passare la luce dall’intervallo spettrale rosso e sopprimono altre lunghezze d’onda.
Applicazione tipica: In combinazione con l’illuminazione a LED rossa, i filtri passa banda rossi riducono le componenti luminose fastidiose al di fuori dello spettro rosso, garantendo così contrasti stabili. Ciò consente, ad esempio, di rilevare in modo affidabile immagini stampate, etichette, codici a barre o scritte in chiaro. Altri campi di applicazione sono le applicazioni OCR e il riconoscimento di marcature a colori e caratteristiche di imballaggio.
Filtro passa lungo IR
Caratteristica: I filtri passa lungo IR bloccano la luce visibile e lasciano passare la luce infrarossa.
Applicazione tipica: In combinazione con l’illuminazione IR attiva, è possibile eliminare quasi completamente la fastidiosa luce ambientale visibile e aumentare il contrasto. Ciò consente un’analisi affidabile delle immagini anche in condizioni di illuminazione difficili, ad esempio nella tecnologia di trasporto e nella Robot Vision, nonché nel controllo di presenza, nella distinzione dei materiali e nel riconoscimento dei codici.
Filtro passa banda per luce visibile
Caratteristica: Limita l’acquisizione dell’immagine allo spettro visibile compreso tra 400 e 700 nm e riduce la luce IR e UV fastidiosa.
Applicazione tipica: I filtri passa banda per la luce visibile riducono l’influenza della luce ambientale o dell’illuminazione esterna, che possono alterare il contrasto e la resa cromatica. In questo modo, nei sistemi multicamera è possibile ottenere valori uniformi su tutte le camere. Anche nel controllo del colore, nel controllo della posizione e nel controllo qualità, i risultati rimangono più facilmente comparabili in condizioni di illuminazione mutevoli.
Filtro passa banda luce blu (filtro colore)
Caratteristica: Ottimizza il contrasto con l’illuminazione a LED blu e sopprime la luce ambientale fastidiosa.
Applicazione tipica: I filtri passa banda blu sfruttano la minore diffrazione della luce a onde corte per riprodurre strutture sottili con bordi più nitidi e contrasti più elevati. Allo stesso tempo, la luce al di fuori dello spettro blu viene eliminata. Ciò consente un’acquisizione a basso rumore e ad alto contrasto nell’ispezione di componenti elettronici e circuiti stampati, nel riconoscimento di bordi e contorni, nonché nelle ispezioni superficiali, nel riconoscimento di strutture e nelle misurazioni di precisione.
Filtro UV
Caratteristica: Per applicazioni con illuminazione UV o fluorescenza UV volte a evidenziare caratteristiche non riconoscibili alla luce visibile.
Applicazione tipica: Durante il controllo della fluorescenza, i filtri UV bloccano l’intensa radiazione di eccitazione UV, mentre il segnale di fluorescenza più debole emesso dai materiali fluorescenti viene utilizzato per l’acquisizione delle immagini. In questo modo è possibile rendere visibili residui, difetti o codici. Applicazioni tipiche sono il controllo degli adesivi, il controllo di vernici e rivestimenti, la lettura di marcature di sicurezza invisibili come i codici Data Matrix su fiale di vetro e l’analisi dei materiali.
