Lighting Tutorial

Engineered Lighting For Vision Fondata nel 1983 Focalizzati sull’Ottica e sistemi di visione Sviluppiamo sistemi per Imaging Ingegnierizziamo guide di luce per imaging Partnership with: D.V.srl and Gold Elettronica

La nostra missione

Essere un riferimento per coloro che richiedono sistemi di visione e di illuminazione tecnica

Vinci Fine Instruments La ditta Vinci sviluppa produce e commercializza strumentazione scientifica per la visione e l’aquisizione di immagini e segnali nella ricerca scientifica e l'industria.

La nostra linea di prodotti è costituita da componenti, strumentazione e soluzioni basate su tecnologie uniche e allo stato dell'arte.

Uno dei settori particolarmente innovativi, è rappresentato da soluzioni e sistemi che vedono l’impiego delle fibre ottiche.

Sin dal 1983 la VINCI fine instruments è diventata un riferimento in Italia, come manifattura di fibre ottiche per applicazioni di sensoristica, componenti per la trasmissione di luce di dati e controlli elettronici.

Noi serviamo altrettanto bene industrie e laboratori di ricerca come i settori medico e farmaceutico

.

Vinci Fine Instruments Oggi Sistemi di illuminazione ingegnierizzati per Visione e Spectroscopia Componenti e sistemi Ottici innovativi Disponibili a tempo pieno Specialisti in guide di luce in fibra ottica Laboratori di Imaging chiavi in mano Soluzioni customizzate

Visione e Illuminazione Arte o Scienza?

Topics Luce e caratteristiche della superfice Luce ottimizzata per la visione Misura della luce ambientale Fondamenti della geometria dell illuminazione Tecniche di illuminazione Sorgenti di luce Accessori per l’illuminazione Selezionare una luce

Light Characteristics La luce è energia e viene misurata in Lunghezza d’onda (Misurata in nanometri)

Angstrom = 1/100,000,000 Centimeter Nanometer = 10 Angstroms = 0.000001 mm X-RAYS

ULTRAVIOLET

VISIBLE 450-700 nm

NEAR-INFRARED

MID-INFRARED

FAR-INFRARED

Caratteristiche della Luce Diffusa - Illuminazione da direzione multipla Diretta - Illuminazione da una sola direzione

Luce diffusa

Luce diretta

Caratteristiche della superfice Una superfice diffondente riflette la luce in modo diffuso.

Una superfice speculare riflette la luce con uno specifico angolo.

Una superfice che assorbe non riflette la luce

Considerazioni fondamentali Caratteristiche della superficie del campione Geometria Dimensione Regione di Interesse ( ROI ) Movimento o stazionario Area & Restrizioni Ambiente

Luce Ottimizzata Per La Visione Massimo contrasto su gli elementi di interesse Minimo contrasto su gli elementi non interessanti Massima energia luminosa – Aumentare la profondita di campo ( DOF ) – Aumentare il rapporto S/N – Minimizzare gli effetti della luce ambiente

Minima sensibilità alle variazioni di condizioni ambientali key point - Vision is analyzing reflected light

Measuring the Light Environment Cosa Intendiamo per: – – – –

Geometria Percentuale di copertura Intensità (lumens) Uniformità (6-Sigma)

Measuring the Light Environment Sorgente puntiforme – <1% di copertura – Fortemente angolare – Fortemente asimmetrica

Sorgente anulare – <15% Copertura – Fortemente angolare – Radialmente simmetrica

Measuring the Light Environment Ring Light With Diffuser – 15-30% Copertura – Angolare – Radialmente simmetrica

Continuous Diffuse Illumination – 90-100% Copertura – Non-Angolare – Radialmente simmetrica

Measuring the Light Environment The Ball Bearing Test

Ring Lite

Continuous Diffuse Illumination

Lighting Geometry

Height of Lens

Height of Light

Field of View

Lighting Geometry

Height of Light

Surface Angle

Lighting Geometry

Solid Angle Of Illumination Ď&#x2020;

Lâ&#x20AC;&#x2122;angolo solido di illuminazione ha influenza sulla percezione delle Ombre da parte della camera

Bright-Field & Dark-Field Bright-Field

Dark-Field

Dark-Field Field Of View

Tecniche di illuminazione Back Light (Transmessa) - Opposta alla Camera Incidente – Stesso lato della camera – – – –

Bright-Field – Elevato angolo di illuminazione Dark-Field – Piccolo angolo di illuminazione Axial – Coincide con l’asse ottico della camera Structured – A geometria controllata Continuous Diffused –Ambiente illuminato in modo Completamente uniforme – Multi-axis

Back-Light ( retroilluminazione )

Diretta

Diffusa

Collimata

Results of Back-Light Il contorno della parti risulta meglio definito Le superfici delle parti opache perderanno risalto Le parti opache verranno binarizzate Traslucenza e misurabile

Back-Light Images

Lamp filament with ring light

Lamp filament with back light

Back-Light Applications Stampa su contenitori trasparenti P.I.V. ( velocimetria di particelle ) Locazione di filamenti in lampade Locazione di oggetti per la guida di robot Translucenza dei materiali

General Purpose Lighting Ring Illuminator (bright-field) – La più comunemente usata (low-cost) – Buona per superfici diffondenti

General Purpose Lighting Spot Illuminator (bright or dark-field) – Illuminazione molto comune (low-cost) – Buona per creare ombre o riflessioni – Superfici diffondenti

On-Axis Illumination

Beam Splitter

Light source

Diffuser

Object

On-Axis Illumination

Result of Diffuse On-Axis La superficie speculare perpendicolare alla Camera Riflette uniformemente Le superfici che assorbono Appaiono scure Le superfici speculari angolate appaiono scure

On-Axis Lighting Images

Lead frame with fluorescent ring light

Lead frame with diffuse on-axis light

DOAL Applications ( Diffuse On Axis Light )

Circuiti stampati – Posizionamento delle piste – Rilevamento di tracce – Ispezione di saldature – Posizione di componenti

Crepe e fessurazioni-graffi Ispezione di rivestimenti trasparenti ( colle-vernici )

Continuous Diffuse Illumination Beam Splitter

Light source (on-axis)

Light source (off-axis) Object

Continuous Diffuse Illumination

Result of Continuous Diffuse Illumination Una superfice riflettente ma irregolare verrĂ normalizzata dalla camera Superfici assorbenti appariranno scure Superfici trasparenti verranno ignorate La definizione della superfice potrebbe perdersi

CDI Lighting Images Continuos Diffuse Light

Wrinkled foil with ring light

Wrinkled foil with CDI

CDI Lighting Images

Encapsulated gum with ring light

Encapsulated gum with CDI

CDI Applications Compact Discs Data/Lotto su lattine di bibite-carte metallizate Inspezione attraverso contenitori trasparenti â&#x20AC;&#x201C; Glass Tubes â&#x20AC;&#x201C; Pharmaceutical Blisters

Stampa su superfici molto speculari

DOAL Non-Uniformity

Square Continuous Diffuse Illumination

Beam Splitter

Light source

Diffuser

Object

Square Continuous Diffuse Illumination

Result of Square Diffuse Illumination Stesso effetto del CDI, Eccetto che gli angoli di superfice saranno ridotti (La luce ridurrĂ lâ&#x20AC;&#x2122;angolo solido di illuminazione)

SCDI Images

HASL Board with Ring Lite

HASL Board with SCDI

SCDI Applications ( Square Continuos Diffuse Illumination

)

Circuiti stampati – Con componenti – Con saldature

Tappi di bottiglia – Integrità della tenuta – Contaminazioni

L’applicazione di illuminazione DOAL e sempre consigliata quando e richiesta uniformità di illuminazione

Dark-Field Illumination

Light source

Light source

Result of Dark-Field Light Le porzioni di superfice non perpendicolari alla camera riflettono molta pi첫 luce verso la camera stessa.

Il contorno e la geometria della superfice viene accentuato

Dark-Field Lighting Images

Wrench with ring light

Wrench with dark field ring

Dark-Field Lighting Images

BGA Ball Inspection and Placement

Dark-Field Lighting Images

Data Matrix on Lead Frame

Dark-Field Applications Porosità dei circuiti stampati Integrità delle guarnizioni sui coperchi Scritte incise Posizione dei pin sui connettori Irregolarità delle superfici

Multi-Axis Illumination

Beam Splitter

Object

Light source

Structured Light CCD Camera Laser Light Plane

Cylindrical Lens Light Stripe On Workpiece

Lens & Interference Filter

Result of Structured Light Superfici poste a diversa distanza dalla camera rifletteranno la luce con differente locazione su una CCD 2D

Structured Lighting Images

Hex wrenches with line light

Structured Lighting Images

Metal surface with on-axis light

Metal surface with line light

Structured Light Applications Controllo di profili Misura dellâ&#x20AC;&#x2122;altezza degli oggetti Misura del diametro di cilindri

Applicazione di Imaging Integrata

Un applicazione di Imaging integrata deve possibilmente prevedere Attenzione agli spazi operativi FacilitĂ di integrazione Minimizzare gli interventi dellâ&#x20AC;&#x2122;operatore F.O.V. e Distanza di lavoro fissi

Considerazioni sulle sorgenti di luce ProprietĂ Spettrali (Wavelength) Efficienza (Heat and Energy) Vita e invecchiamento della sorgente Costi e ReperibilitĂ Dimensione

Spectral Response of CCD Arrays Relative Spectral Response CCD Array 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 CCD IR Cut Filter

0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

Spettro della luce solare

Relative Luminous Intensity of LEDs NER LEDs (623nm) Relative Luminous Intensity 1.00

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00 590

600

610

620

630

640

650

660

670

680

690

Spettri di emissione caratteristici Hg deuterio

Xenon

led

Typical Light Sources Incandescente – Vantaggi= Costo, Reperibilità, Spectralmente, Conducibile tramite fibre ottiche, non fluttua – Svantaggi= Calore, cambia nel tempo, Filamento

Fluorescente – Vantaggi= Costo, Reperibilità, Spectrali, Diffusa – Svantaggi= Non-Uniforme nel tempo, Fluttua

Typical Light Sources Light Emitting Diodes (LED) – Vantaggi= Costo, reperibilità, Vita molto lunga, Facilmente collocabili, basso consumo – Svantaggi= Limitata efficienza dello spettro, Poca luce emessa (ma stanno migliorando)

Xenon Strobe – Vantaggi=Molto intensa, Luce bianca, Facile da usare con le fibre ottiche – Svantaggi= Costo, Complessità

Illumination Accessories Fiber Optics Diffusers Filters Polarizers Beam-Splitters Prisms, Mirrors Lenses

Scegliere L’illuminazione Considerare le caratteristiche della superficie e gli obiettivi di visione Scelta della tecnica di illuminazione ⇒ Generale (Ring, Spot) – Applicazioni non critiche ⇒ Strutturata – Analisi e misure di superfici ⇒ Dark Field – Sperfici assorbenti ma piatte ⇒ Back Light – analisi di contorni, sostanze trasparenti ⇒ DOAL ( Diffuse On Axis Light ) – superfici speculari piane ⇒ SCDI ( Square Cont.Diff.Ill ) – Superfici irregolari ⇒ CDI ( Continuos Diff.Ill. ) – Superfici particolarmente irregolari

Determinare la dimensione

Scegliere L’illuminazione Selezionare La Posizione della Sorgente Selezionare il tipo di sorgente ⇒ Light Emitting Diode ⇒ Fluorescent ⇒ Halogen ⇒ Strobe ⇒ Other

Scegliere gli accessori ⇒ Lenses ⇒ Fiber Optics ⇒ Diffusers ⇒ Beam Splitters

Infine Interpellare VINCI per gli acquisti

Ho finito Grazie e arrivederci Il prossimo relatore : Ing. Pellegrino Costa ( Consulente ) Argomento : Elementi di Ottica e di microscopia