Qu'est-ce que l'infrarouge SWIR ?
L’infrarouge à ondes courtes (SWIR) est un segment du spectre électromagnétique, situé entre la lumière visible et l’infrarouge à ondes longues ; le SWIR se situe généralement entre 1050 nm et 2500 nm. Ces longueurs d’onde sont invisibles à l’œil nu, mais peuvent être extrêmement utiles pour l’imagerie avancée.
Pour une capture optimale du rayonnement SWIR, des caméras SWIR spécialisées sont conçues avec des capteurs à l’arséniure d’indium-gallium (InGaAs) ou au tellurure de mercure-cadmium (MCT), permettant une imagerie de haute qualité pour des inspections détaillées. Les capteurs InGaAs et MCT contiennent des composants optiques et électroniques qui permettent à la caméra de fonctionner dans la gamme spécifique SWIR.
Sur les caméras de vision industrielle standard, on utilise des capteurs en silicium, qui fonctionnent généralement jusqu’à 900 nm – 1000 nm, la sensibilité diminuant rapidement au-delà de cette plage.
Systèmes de vision industrielle SWIR
Les différents composants en vision industrielle, optimisés pour l’infrarouge à ondes courtes, sont essentiels pour l’imagerie haute performance. Grâce à un contraste supérieur, une excellente pénétration des matériaux et une détection précise de l’humidité, cette technologie est particulièrement efficace pour les applications complexes telles que l’inspection, le tri et le contrôle qualité. Elle révèle des détails invisibles à l’œil nu tout en conservant une image monochrome haute résolution.
Associées, les caméras SWIR et les éclairages SWIR comblent le fossé entre la lumière visible et l’infrarouge à ondes longues pour offrir une précision inégalée dans les processus industriels.
L’éclairage SWIR est essentiel pour créer du contraste en imagerie non visible, en ciblant les signatures chimiques spécifiques des matériaux. Il génère les longueurs d’onde à bande étroite nécessaires à la mise en évidence des caractéristiques cibles. Les systèmes modernes utilisent des éclairages à Leds SWIR pour produire un éclairage de haute intensité qui peut être modulé en stroboscope afin de figer le mouvement sur les lignes de production à grande vitesse.
Disponibles sous différentes formes, comme des annulaires pour un éclairage uniforme des surfaces, des barres pour les inspections de zones et des dômes pour éliminer les reflets sur les surfaces réfléchissantes.
Principales longueurs d'onde SWIR et applications
- 1050 nm à 1200 nm : couramment utilisé pour l’inspection des semi-conducteurs car le silicium devient transparent avec ces longueurs d’onde, permettant aux caméras de voir à travers les plaquettes pour rechercher des fissures internes ou des défauts d’alignement.
- De 1450 nm à 1550 nm : ces longueurs d’onde servent à détecter l’humidité dans les objets, qui apparaissent alors d’un noir intense sur un fond clair. Par exemple, une meurtrissure à l’intérieur d’une pomme, une ligne de remplissage sur une bouteille en plastique ou une fuite dans un emballage.
- 1650 nm et plus : utilisé pour le tri des matériaux, notamment dans le recyclage, afin de distinguer les différents types de plastiques et de mettre en évidence des caractéristiques qui seraient masquées dans les bandes infrarouges supérieures.
Avantages de la technologie SWIR
La technologie SWIR est particulièrement avantageuse car elle permet de révéler des caractéristiques physiques « invisibles » sans endommager l’objet ou le matériau. Un même objet peut paraître totalement différent sous un éclairage SWIR qu’à la lumière visible classique. Si la caméra SWIR joue le rôle d’observateur principal, grâce à un capteur InGaAs qui détecte la lumière dans la gamme 900-1700 nm, c’est l’éclairage SWIR qui crée véritablement le contraste optimal.
Les principaux avantages de l’utilisation de l’éclairage SWIR sont les suivants :
- Différenciation des matériaux : La lumière SWIR permet de distinguer les différences chimiques et de percevoir l’humidité dans les objets, qui apparaît d’un noir profond.
- Précision haute intensité : grâce à leur éclairage à bande étroite, les LED SWIR garantissent que vous n’atteignez la cible qu’avec la longueur d’onde exacte nécessaire à l’application, réduisant ainsi la chaleur et améliorant le rapport signal/bruit de la caméra.
- Fonctionnement strobe : Les LED SWIR industrielles peuvent fonctionner en mode OverDrive et strobe grâce à des contrôleurs. Pour les lignes de vision industrielle à grande vitesse, cette fonctionnalité représente un atout majeur, car elle permet de figer le mouvement et offre la luminosité extrême requise pour des temps d’exposition très courts.
- Transparence : les longueurs d’onde SWIR peuvent pénétrer certains matériaux opaques. Les annulaires SWIR peuvent illuminer des cibles à travers une épaisse fumée, du brouillard, voire certains plastiques et le silicium, permettant ainsi une inspection « à travers » des produits emballés ou des plaquettes de semi-conducteurs.
Stratégie d'intégration SWIR : gestion du stroboe et de la température
Contrairement aux LED standard, les LED SWIR dégagent davantage de chaleur. Cette chaleur intense peut potentiellement décaler légèrement la longueur d'onde ou générer un courant d'obscurité, ajoutant ainsi du bruit à l'image. Il est recommandé d'utiliser la puissance stroboscopique, qui permet d'émettre la lumière SWIR par impulsions uniquement lorsque l'obturateur de l'appareil photo est ouvert. Ceci permet de suralimenter les LED pour obtenir une luminosité bien supérieure sur les chaînes de production à cadence élevée, sans risque de surchauffe du matériel.
En révélant les caractéristiques invisibles des matériaux grâce à un contraste extrême et à une détection précise de l'humidité, la technologie SWIR est devenue une force révolutionnaire dans le domaine de l'imagerie avancée. Sa capacité à relever des défis complexes la rend indispensable pour l'inspection, le tri et le contrôle qualité industriels de demain.
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