L’effetto sbalordisce: se si guarda una superficie d’acqua in un giorno di sole, i riflessi sono talmente forti che bisogna strizzare gli occhi. Se si indossano occhiali da sole con filtro polarizzatore, i riflessi spariscono come per magia e lo sguardo penetra improvvisamente nell’acqua. Anche i fotografi utilizzano volentieri filtri polarizzatori per le loro lenti per bloccare i riflessi su acqua, vetro o metallo ed ottenere immagini ricche di contrasti.
Quello che viene utilizzato nella quotidianità ha un grosso potenziale anche nelle applicazioni industriali. Ma solo da alcuni anni perché prima non erano disponibili telecamere né know-how per l’impiego della diagnostica di immagini di polarizzazione.
Il sensore immagini IMX250MZR sviluppato da Sony con filtri polarizzatori integrati direttamente nel sensore ha contribuito l’anno scorso alla svolta nello sviluppo di telecamere di polarizzazione idonee come le CX di Baumer. Anche il know-how è stato costantemente strutturato come accaduto presso l’istituto Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS di Erlangen che, da oltre 20 anni, compie ricerche sui nuovi metodi di diagnostica di immagini realizzando per molte aziende progetti pilota nell’ambito della polarizzazione. Dall’anno scorso, Baumer e Fraunhofer IIS si scambiano le loro esperienze.

AOP, DOLP e ADOLP con un’acquisizione
Le telecamere di polarizzazione GigE e USB 3.0 di Baumer sfruttano le caratteristiche di polarizzazione della luce. Le telecamere si basano quindi sul sensore global shutter IMX250MZR da 5 megapixel di Sony, dotato di un ulteriore strato di polarizzazione. In questo davanti a quattro pixel adiacenti si trova un filtro polarizzatore che fa passare la luce solo a una determinata direzione di oscillazione, 0°, 45°, 90° o 135°.

Gli algoritmi stabili di analisi nel Software Development Kit Baumer GAPI definiscono automaticamente dai dati grezzi dell’immagine l’angolo di polarizzazione (AOP, Angle Of Polarization), il grado di polarizzazione (DOLP, Degree Of Linear Polarization) o entrambi insieme (ADOLP, Angle and Degree Of Linear Polarization). Al posto di sistema di controllo complesso con filtri sostitutivi o un sistema multicamera sono sufficienti una telecamera e un’acquisizione riducendo così la complessità e i costi di sistema. In questo modo vengono consentite soluzioni in linea semplici e vantaggiose in cui l’operatore può definire in modo flessibile quali sono le informazioni necessarie per la sua valutazione successiva dell’immagine.

L’invisibile diventa visibile
Le telecamere di polarizzazione rendono visibili e quindi analizzabili caratteristiche fisiche di materiale non rilevabili dall’occhio umano: una macchia d’olio su una superficie metallica, ad esempio, è pressoché invisibile agli occhi, una telecamera di polarizzazione vede invece un cerchio chiaro. L’elaborazione delle immagini di polarizzazione consente di rilevare rapidamente caratteristiche nascoste di questo tipo.

La diagnostica di immagini con luce polarizzata offre applicazioni completamente nuove anche per altri settori industriali per ottimizzare i processi di produzione, ridurre gli scarti o migliorare la qualità.

Un grosso potenziale si trova, ad esempio, nell’industria del vetro. Se il vetro si trova sotto tensione meccanica, può rompersi a causa vibrazioni, calore o in caso di taglio. Tali tensioni invisibili si verificano già durante il raffreddamento del vetro, in particolare se viene montato in un telaio con una dilatazione termica diversa. Ad esempio, è il caso di finestre in aree rilevanti per la sicurezza, in qualche misura in medicina o nell’industria chimica. Attualmente per la misurazione della tensione residua vengono spesso impiegati filtri polarizzatori incrociati prima e dopo il vetro. La luce bianca irradiata rende visibili strutture colorate poiché il livello di polarizzazione della luce viene ruotato in base alla tensione meccanica all’interno del vetro: l’effetto prende il nome di birifrangenza. Poiché occorre acquisire diverse immagini in sequenza, questo metodo di misura non è compatibile in linea. Se, invece, si fa affidamento su una telecamera di polarizzazione, una sola immagine fornisce tutte le informazioni necessarie per rilevare in modo sicuro il vetro deformato. Una telecamera industriale offre ancora un ulteriore vantaggio come chiarisce il Dr. Schöberl, Capogruppo delle procedure di diagnostica di immagini dell’istituto IIS: “L’ambiente delle vetrerie è caldo e polveroso, il sistema di misurazione deve tuttavia funzionare in modo assolutamente affidabile”. Le robuste telecamere di polarizzazione come quelle di Baumer possono offrire qui vantaggi decisivi.

La diagnostica di immagini con luce polarizzata risulta interessante anche per la verifica della qualità di materie plastiche rinforzate in fibra di carbonio (CFK) come quelle impiegate nell’industria automotive o aeronautica. Per l’occhio i tessuti in fibra di carbonio sono grigio scuro, una telecamera di polarizzazione riconosce tuttavia che l’angolo di polarizzazione della luce riflettente è diverso e dipende dalla direzione delle fibre. Nelle immagini elaborate, la direzione delle fibre viene rappresentata a colori. I difetti nell’andamento delle fibre, non rilevabili ad occhio nudo ma che influiscono in modo decisivo sulla stabilità del materiale, vengono così riconosciuti in modo efficiente. La taratura di fabbrica consente alle telecamere di polarizzazione CX di raggiungere una risoluzione angolare di 1° per identificare in modo sicuro anche i più piccoli scostamenti della direzione delle fibre.

Le telecamere di polarizzazione hanno successo anche nel controllo delle superfici riflettenti o brillanti quali metallo o pellicole. La selezione di una direzione di polarizzazione consente di ridurre gli effetti lucidi in modo efficiente, ad esempio, per riconoscere meglio graffi o leggere codici in modo più sicuro senza che l’immagine diventi complessivamente più scura.