Sensor Instruments
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¿Qué es el brillo?



Se denomina brillo de un objeto a la reflexión directa de la luz en el rango visible.  La reflexión directa en "forma pura" se puede observar,  por ejemplo, en superficies espejadas, donde vale: ángulo de incidencia = ángulo de reflexión. El ángulo se define a partir de la normal de la superficie.


 
Por lo general, tiene que ver con una reflexión mixta, ya que la gran mayoría de las superficies poseen irregularidades (la llamada rugosidad). La parte no especular de la reflexión aumenta con el aumento de la rugosidad. Por supuesto, también hay que considerar que parte de la luz incidente es absorbida o transmitida por el objeto.
 
 
Por lo general, tiene que ver con una reflexión mixta, ya que la gran mayoría de las superficies poseen irregularidades (la llamada rugosidad). La parte no especular de la reflexión aumenta con el aumento de la rugosidad. Por supuesto, también hay que considerar que parte de la luz incidente es absorbida o transmitida por el objeto.

Reflexión difusa
La superficie se compone de "espejos" dispuestos al azar, los rayos de luz incidente se reflejan en todas las direcciones.
 
Reflexión directa
La superficie consiste de "espejos" dirigidos,  los rayos de luz incidente se reflejan en una dirección.
 
Medición de brillo: REFLEXIÓN DIRECTA
Control de brillo: REFLEXIÓN DIRECTA + REFLEXIÓN DIFUSA

 

Superficies de calibración

¡Para la calibración de los sensores de medición del brillo se utilizan en general vidrio negro o espejo plateado!

Estos dos productos tienen una superficie plana. Además, la reflexión de la luz incidente se produce sólo por una superficie (en el caso de la capa de espejo plateado, reflexión casi total; en la superficie del vidrio  negro, en sólo alrededor del 5% de la luz incidente), el resto del haz, sin embargo, es completamente absorbido, de tal forma que la superficie reversa no aporta en nada a la reflexión directa.
 
Vidrio negro
La parte de luz incidente reflejada por el vidrio negro se utiliza como referencia, el grado de brillo en el vidrio negro se establece en 100 (unidad: [1]). Grado de brillo (vidrio negro) = 100 ([1])
 
Espejo plateado
Cuando se utiliza un espejo plateado, esta superficie sirve como valor de referencia y se establece en 100 (Unidad: [1]).
 


Ángulo de medición 

20°:
Para superficies de alto brillo 
Se utiliza un sensor de brillo de 20° si se determinan brillos >70GU. Es decir, si el brillo medido con un medidor de brillo de 60° es >70GU, se utiliza un sensor de brillo de 20°.

45°:
Estándar TAPPI (industria del papel) para superficies brillantes

60°:
Para superficies de brillo moderado
Se utiliza un sensor de brillo de 60° si se determinan brillos >10GU a <70GU. Esta variante es "todo terreno". El sensor de brillo de 60° es estándar para la mayoría de las aplicaciones.

75°:
Estándar TAPPI (industria del papel) para superficies mate

85°:
Para superficies mate
A 85° se usa el sensor de brillo cuando se deben determinar brillos <10GU. Es decir, si el brillo medido con un medidor de brillo de 60° es <10GU, se utiliza un sensor de brillo de 85°.

[GU = Gloss Unit / unidad de brillo]

 

 

20° from normal
Esta geometría de medición se utiliza principalmente en objetos de alto brillo, como por ejemplo aluminio muy pulido, láminas de plástico de alto brillo o placas de vidrio recubiertas.
 
Dependiendo de la aplicación, se calibra el  sensor de brillo con cristal negro o un espejo plateado (en este caso, es una versión especial de sensor).
 
45° from normal
El grado de brillo del vidrio negro es de 100 [1] (con versiones especiales en espejo plateado  también 100 [1]). Con esta geometría de medición se trabaja casi exclusivamente en la industria del papel para medir en superficies de papel de alto brillo (los llamados estándar TAPPI).
 
Aquí, se calibra sobre el vidrio negro. El grado de brillo del vidrio negro es de 100 [1].
 

60° from normal
Es la variante más utilizada. Es óptima para todos los objetos desde mate a brillante.

También aquí se calibra exclusivamente en vidrio negro. El grado de brillo del vidrio es de 100 [1].

75° from normal
Esta geometría de medición se usa preferiblemente en la industria del papel para medir superficies de papel mate (estándar TAPPI).

Se calibra sobre vidrio negro, el grado de brillo aquí es 100 [1].
85° from normal
Con esta geometría se miden  principalmente superficies muy mates (por ejemplo, superficies de madera mate).

Aquí también se calibra en vidrio negro, el que también tiene el grado de brillo de 100 [1].
 

Dispositivos manuales

En el mercado hay una serie de dispositivos OFFLINE (manuales) con los que se puede medir el grado de  brillo, por ejemplo, en el laboratorio.

En materiales continuos (rollos, bandas), normalmente se toma una prueba al inicio de la producción para la medición en el laboratorio. Al final de la producción se efectúa otro muestreo. Entre el comienzo y el final de la producción no se puede realizar una medición razonable del brillo.

En la producción de material de placa, sin embargo, se puede hacer un muestreo también durante la producción, pero este método consume mucho tiempo y la muestra difícilmente se puede introducir de nuevo en el proceso de producción.
 
Estructura básica de los dispositivos manuales:
Como fuente de luz se utiliza normalmente una lámpara incandescente, por medio de la ayuda del lente del sensor, se colima la luz blanca (el diámetro del haz de luz es generalmente menos de 10 mm), una parte de la luz del transmisor se desacopla por medio del divisor de haz e incide sobre un lente (lente de  de referencia) en el receptor de referencia, de modo que cualquier desviación pueda ser compensada.
 
 
La parte predominante, sin embargo, abandona el medidor de brillo e incide en la superficie a medir.

El dispositivo manual tiene que ser colocado en el objeto, para que pueda respetarse la distancia de medición, y por lo tanto,  la luz externa no pueda alcanzar el receptor.

La cantidad de luz, centrada en el receptor a través del lente, proporciona información sobre el grado de brillo. En los dispositivos manuales, la protección del lente sirve también como bandeja de calibrado, ya que en el lado interior de la tapa se coloca un vidrio negro.
 
Desventajas de los dispositivos manuales:
  • SÓLO es posible una medición OFFLINE, así que es necesario el muestreo. En materiales continuos sólo es posible la medición al comienzo y al final del material de banda. 
  • Sólo es posible la medición aleatoria (en el laboratorio), no es posible una medición del producto 100%.
  • No es posible la medición sin contacto, porque el sensor debe estar colocado sobre el objeto de medición.
  • Sensibilidad a la luz exterior, ya que normalmente se utiliza una lámpara incandescente como fuente de luz (no modulada)
  • Vida útil limitada de la fuente de luz (lámpara)
  • No hay salidas de conmutación digitales ni salidas analógicas
 

Dispositivos INLINE (de Sensor Instruments GmbH)

 

Los dispositivos INLINE en principio están construidos como los manuales, pero difieren en aspectos esenciales como:
 
Ventajas de los DISPOSITIVOS INLINE
  • En lugar de una lámpara incandescente, se utiliza un LED de luz blanca, por lo cual la luz puede ser modulada y el sistema de medición es inmune a la luz externa.
  • Debido a la falta de sensibilidad a la luz externa, el sistema de medición puede funcionar sin contacto y por lo tanto puede ser utilizado en línea.
  • La referencia secundaria ha sido colocada en el exterior, de modo que las influencias del entorno incidan de la misma forma en el tramo de medición y en el tramo de referencia.
  • Las cubiertas de lentes son de vidrio plano para que la limpieza sea mucho más fácil.
  • El sistema dispone de salidas de conmutación, así como también de dos salidas analógicas (salidas de tensión y corriente)
  • El dispositivo dispone de varias interfaces seriales (por medio de convertidores): RS232, USB y Ethernet
  • Varias líneas de medición en un multiplexor (hasta 8 líneas de medición) visualizables en una unidad de monitorización (visualización de tendencia, visualización numérica y gráfica del grado de brillo, presentación del valor promedio, del valor de tolerancia regulado y registro los datos bajo un número de orden específico)
  • Dado que se puede variar la potencia del transmisor LED de luz blanca, se puede adaptar la potencia de la luz a la superficie de medición actual
  • El diámetro del haz de luz especial es de aproximadamente 20 mm, de ese modo se integra una porción mucho mayor de la superficie del objeto, que en el caso de los dispositivos manuales. Así, el  sistema de medición es inmune a las variaciones locales.

 

Medición de brillo

Los sensores de brillo INLINE de Sensors Instruments funcionan según los mismos estándares de medición que se utilizan con los dispositivos manuales de brillo.
 
Aquí se consideran la robustez necesaria que es requerida para el uso INLINE, la medición sin contacto e inmune a la luz externa, así como la puesta a disposición de las correspondientes señales (analógicas y digitales), que proporcionan información sobre el grado de brillo. Por otra parte, en una medición de brillo INLINE debe observarse que se debe medir simultáneamente en varias posiciones del objeto, lo que requiere un modo multiplex, e inclusive una unidad de supervisión.
 
 
Hardware
El sensor de brillo consta básicamente de una fuente de luz (en SI: LED de luz blanca modulada) en el lente del transmisor, un divisor de haz, de manera que una porción del haz del lado transmisor puede ser extraída y se ponga a disposición del receptor de referencia, el lente del receptor y el propio receptor.


Geometría de medición

Para todos los principales estándares hay sensores de brillo INLINE de Sensor Instruments:

 

Interfacing
El sensor de
brillo tiene 5 salidas digitales que pueden ser operadas por un PLC en conexión.

Se pueden representar hasta 31 grados de brillo (con las tolerancias correspondientes) (codificación binaria).

Además, hay dos salidas analógicas, las cuales informan sobre el grado actual de brillo. Se trata de una salida de tensión (0 ... 10 V), mientras que la otra proporciona una señal de corriente (4 mA a 20 mA).

Por otra parte, se puede efectuar una transferencia de datos a través de la interfaz RS232 integrada. Por medio del convertidor de interfaz externa para USB y Ethernet, se puede hacer un enlace con el respectivo sistema. 

El multiplexor M-PLEX-08 permite la conexión de hasta 8 mediciones de brillo (sensores RLS-GD), cuyos valores de medición se pueden representar por medio de una unidad de monitoreo (SI-PP320-10,4 °),  gráfica (indicador de tendencia) y numéricamente (actual o valor promediado).  

Además, se puede hacer un registro de datos. Los datos, entonces, se guardan según la orden correspondiente.

 

Software
Usando el software Windows® RLS-GD-Scope V4.8, se puede parametrizar el sensor de brillo de forma fácil y sencilla.  

Además, el software también se utiliza para visualizar los parámetros principales, tales como el valor bruto del receptor de referencia y del receptor para la reflexión directa.

Los parámetros de entrada importantes son:
  • Potencia del LED de luz blanca ajustada / no ajustada:
    POWER MODE: DYNAMIC/STATIC
    Ajuste de la salida de luz en modo STATIC:
      



    0: LED apagado
    1000: LED máximo
  • confección del promedio del valor de brillo calculado:
    En el POWER MODE DYNAMIC, el sensor de brillo integrado en el controlador trata de regular la  potencia de luz, de modo que en el tercio superior de la gama dinámica se encuentre o bien el valor bruto de la señal de referencia o el valor bruto del receptor para el reflejo directo (véase también la visualización de barras en la interfaz de usuario)
  • El valor medio se puede ajustar desde 1 hasta 32.000:

     
  • Ajuste de la cantidad de grados de brillo, que se emitirá en las salidas digitales MAX-W6:
  • Pueden ser emitidos directamente hasta 5 grados de brillo; con más de 5 grados de brillo, la emisión puede codificarse de forma binaria.
  • Modo de evaluación NORM y/o GLOSS:
    En la evaluación en modo GLOSS, se compara constantemente con la señal de referencia, que siempre representa el valor que existía en la calibración sobre el vidrio negro (o espejo plateado). La relación  CANAL DE MEDICIÓN/REFERENCIA durante la calibración sirve como punto de referencia. Sólo el modo GLOSS sirve para la medición del brillo, el modo NORM se explica más detalladamente en el capítulo
    CONTROL DE BRILLO.
  • Salida analógica:
    El valor analógico representa normalmente un nivel de brillo de 0 a 100 (0V ... + 10V), esta área puede también ser ampliada a un factor de 10, de modo que puede emitirse, por ejemplo, un área de brillo de 5 a 15 valor como valor analógico de 0 V a 10 V (y/o 4 mA hasta 20 mA).

     
  • Tabla de grados de brillo
  • Gráficos y visualización numérica: El grado de brillo, así como también el valor de referencia y el valor de medición se muestran numéricamente. Además, hay una representación gráfica del grado de brillo.

    En la tabla teach se pueden almacenar hasta 31 niveles de brillo diferentes. Las tolerancias también son ajustables.

    También se puede introducir para cada uno el mismo grado de brillo GN y ajustar en la tabla una tolerancia GTO en aumento de arriba hacia abajo. El sensor de brillo trabaja entoncesla tabla de arriba a abajo. El valor que se consiga primero (dentro de la tolerancia), se dará a las las salidas digitales en forma de número de tabla. Por lo tanto, mediante el uso de la tabla teach se puede hacer una división de brillo en clases (por ejemplo, según aumento de la tolerancia o en forma de cascada).
  • Calibración
    Con el botón  se llega a la ventana CALIBRATE.
  • Aquí se puede elegir entre calibrar en un target (generalmente, vidrio negro o en SPI-GD-20/20 °-UV también un espejo plateado) o la adaptar en un dispositivo manual.
    Con esto, se puede compensar cualquier desviación entre el dispositivo INLINE y el dispositivo manual, el operador entonces dispone de dos dispositivos que muestran el mismo valor.
    Estas diferencias se deben principalmente al hecho de que las bandejas de calibrado (vidrio negro) están sucias o los dispositivos que ya están obsoletos.
 
  • El software de monitoreo RLS-GD-MONITORING V4.8 puede representar simultáneamente, en relación  con el multiplexor MPLEX-08 y la unidad de monitor SI-PP320-10,4“, los niveles de brillo de hasta 8 sensores. Los niveles de brillo pueden representarse como indicador de tendencia tanto en forma numérica como gráfica en la pantalla de tendencias. Por otra parte, los valores registrados se pueden asignar a un número de orden específica.

 
 

Control de brillo

Serie RLS-GD
Los sensores
de brillo de la serie SPI-GD también son muy apropiados para el control de brillo. Aquí se selecciona el modo de evaluación NORM e

n el software de parametrización RLS-GD-Scope V4.8.

En este modo, el reflejo directo ahora se coloca en relación a la reflexión difusa. También aquí se pueden almacenar hasta 31 valores de brillo en la tabla TEACH.
 


Tanto el valor NORM, como también el valor de tolerancia NORM pueden cambiarse manualmente. La tabla se procesa de arriba hacia abajo. El primer valor de la tabla que corresponda al valor NORM que se está trabajando actualmente se emite a las salidas digitales, ya sea directamente o en código binario (dependiendo de la parametrización y de la cantidad de valores "teached").
 

Existen los siguientes tipos de sensor de brillo:


 

Además de las salidas digitales, hay disponibles dos salidas analógicas, las que proporcionan información sobre el valor de norma: 1x tensión de salida (0 V ... + 10 V) 1x salida de corriente (4 mA ... 20 mA).



El software RLS-GD-Scope V ... también está a disposición para el control de brillo como interfaz de usuario para la parametrización del sensor de brillo y control de los datos en bruto de los valores calculados.  

Con Windows® se pueden introducir fácil y cómodamente los parámetros de ajuste, entre otros, potencia de transmisión ajustada/no ajustada (en modo DYN/STAT) , la potencia de transmisión (en modo STAT), confección de promedio (AVERAGE), la cantidad de valores "teached", la conmutación de salida (directa o en código binario, de pulso prolongado), el modo de evaluación, las tolerancias en la tabla teach.

Serie Spectro-1

Con el sensor Spectro-1-FIO, en relación con la fibra óptica D-S-A2.0-2,5-1200-67° y/o D-S-A3.0-1200-67° y el soporte V (tipo KL-20/20°, KL-15/45°, KL-12/60°, KL-10/75° y KL-5/85°), se puede efectuar un control de brillo simple y eficaz.

El sensor proporciona la señal analógica (0 V ... + 10 V o 20 mA ... 6 mA) y dos señales digitales.

Con el software Windows® SPECTRO1-Scope V2.0  se puede ajustar la banda de tolerancia en torno al grado actual de brillo, la potencia de luz, la confección del promedio y la ampliación.

Por demás, se puede activar la función EXTERNTEACH, la cual permite un "teaching" sencillo por medio del control de programa PLC.
 


Control de brillo de color

Con la ayuda del control de brillo ya se puede resolver una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, hay problemas que requieren, además de controlar el grado de brillo, también el control del color.

El SI-COLO-GD-40 es un sistema de control que se sirve tanto del grado de brillo como del valor de color. Por lo tanto, se pueden detectar incluso pequeñas diferencias entre diferentes productos.
 
El sensor de brillo de color SI-COLO-GD-40
El sensor de brillo de color SI-COLO-GD-40 consiste esencialmente en una combinación de sensor de color de la serie SI-Colo4 con componentes de un sensor de brillo de la serie SPI-GD.

La fuente de luz utilizada también aquí son LEDs de luz blanca, cuya luz es modulada, con lo cual se alcanza una mayor inmunidad a la luz externa.

Además del detector de color (R, G, valores brutos B), respectivamente un detector para la parte reflejada directamente, y un receptor para la reflejada difusamente (DIF) proporcionan información al controlador integrado en el sensor de brillo de color (DIR).



La evaluación del color se produce ahora según los siguientes algoritmos:



y/o alternativamente, también en los sensores de color, se ofrecen los llamados valores s, i, M.
La evaluación del brillo está sujeta a la siguiente fórmula:  
 
Así que ahora el controlador, además de los datos brutos (R, G, B, DIR, DIF), también dispone de los parámetros x, y, INT, GN y s, i, M, GN.
 
Mientras que x, y, INT y/o s, i, M informan sobre el valor de color, el valor GN proporciona información comportamiento de brillo del objeto.

Para la evaluación, esencialmente se disponen de los siguientes modos:
 
x, y, INT GN
s, i, M GN
x, y, INT, GN
s, i, M, GN

¡El proceso teach se lleva a cabo de la misma manera que en los sensores de color, sólo se añadió un parámetro en cada caso: GN!


La tabla con x, y, IMT y GN, por lo tanto, se ve de la siguiente manera:

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            

x, y, INT GN

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            

x, y, INT GN
 

Y con s, i, M y GN se ve como sigue:

Nb x y INT CTO GN GTO
0            
1            
2            
3            

 s, i, M GN

Nb s i M GN CGTO
0          
1          
2          
3          

s, i, M GN
 

El análisis aquí depende de la selección del modo que se elija:

BEST HIT
FIRST HIT
MINIMAL DISTANCE

En el modo de evaluación x, y, INT GN y/o s, i, M GN, primero se prueba si el valor actual de brillo de color se encuentra dentro de la ventana de tolerancia especificada de GN, por lo tanto, GTO.

Posteriormente, se comprueba si se aplica la condición para el valor de color (dentro de CTO). Si hay varios candidatos en cuestión, se realiza una selección de acuerdo con la selección del modo que se ha efectuado (BEST HIT, FIRST HIT, MINIMAL DISTANCE, ver aquí CONTROL DE COLOR).
 
En el modo de evaluación x, y, INT, GN y/o s, i, M, GN, sin embargo, se produce una selección de color / brillo en el "espacio cuatridimensional", la tolerancia CGTO se extenderá en una estructura de cuatro dimensiones.

También aquí, el valor actual de color / brillo se debe encontrar dentro del rango de tolerancia, si el valor color / brillo "teached" puede aparecer como posible candidato.

REPRESENTACIÓN GRÁFICA en modos de evaluación x, y, INT GN y/o s, i, M, GN:

El valor de X, y, INT y/o el valor de s, i, M se muestra aquí en tres vistas. El valor GN aparece representado en un gráfico de barras.

Valores almacenados de color / brillo


Valores almacenados de color / brillo



 

En modo BEST HIT: valor de brillo de color 5
En modo MINIMAL DISTANCE: valor de brillo de color 5
En modo FIRST HIT: valor de brillo de color 1

Representación gráfica en modo de evaluación x, y, INT, GN y/o s, i, M, GN:
El valor de X, y, INT, GN y/o el valor de s, i, M, GN se muestra en estos dos modos en seis vistas:

Valores almacenados de color / brillo:

 





Valores almacenados de color / brillo:









En modo BEST HIT: valor de brillo de color 3
En modo MINIMAL DISTANCE: valor de brillo de color 3
En modo FIRST HIT: valor de brillo de color Ø

Windows ® interfaz de usuario SI-COLO-GD-SCOPE:

 

 

Control de brillo de color con Spectro-3-50-FCL-30 ° / 30 °

Este tipo de sensor de brillo de color tiene dos módulos de iluminación que se pueden operar alternativamente por medio de la señal de entrada IN0 digital.

El sensor se utiliza principalmente donde hay pequeñas diferencias en el brillo o el color de los objetos que deben distinguirse.

Como por ejemplo en imitaciones de cuero, cuero o componentes plásticos en el campo de la industria del automóvil o de muebles para diferenciar láminas plásticas y laminados.

 

 
Windows ® interfaz de usuario Spectro-3-SCOPE:

 




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