Ópticas para visión artificial

En la visión artificial la calidad de las ópticas y su correcta elección se traduce directamente en unas mejores prestaciones del sistema de visión.

Importancia de las ópticas o lentes en una aplicación con visión artificial

Las ópticas se utilizan para transmitir la luz al sensor de la cámara de una forma controlada y así obtener una imagen enfocada del objeto. El objetivo es conseguir la mejor imagen posible que nos permita realizar mediciones precisas, con un alto contraste y con la menor distorsión geométrica posible.

La lente u óptica, por tanto, es un factor fundamental para determinar la calidad y resolución de la imagen tomada, lo que está directamente relacionado con el éxito final de la aplicación de visión artificial.

¿Qué óptica utilizar en mi aplicación de visión artificial?

¿Existe algún software para ópticas?

Para determinar cuál es la lente apropiada para cada tipo de aplicación se debe tener en cuenta algunos parámetros como:

• Tamaño y especificaciones del sensor de la cámara.
• Distancia entre la cámara y el objeto.
• Campo de visión y tamaño del objeto.

Con estos datos y utilizando fórmulas matemáticas podemos calcular la óptica más apropiada para cada aplicación.

f= (b*D/B)*c

b= Tamaño del sensor

B= Anchura del objeto

f= Distancia Focal

D= Distancia de trabajo

c= Factor de conversión del tamaño del sensor

Muchos fabricantes de objetivos también facilitan programas de cálculo para determinar cuál es el objetivo idóneo para la aplicación que necesitamos.

Cognex dispone en su página web de un asesor de lentes que ayuda a seleccionar la óptica correcta para cada aplicación de visión dependiendo de los parámetros concretos de la aplicación.

A la práctica, le elección de la óptica correcta no es algo tan obvio y deben tenerse en cuenta también otros aspectos como la iluminación, la concordancia entre la calidad de la óptica y el sistema de visión en general y sobre todo las necesidades particulares de cada una de las aplicaciones.

¿Qué tipos de ópticas son las más habituales en los sistemas de visión artificial?

La mayoría de las cámaras de los sistemas de visión ofrecen dos tipos de ópticas: ópticas intercambiables y ópticas fijas.

Las ópticas intercambiables suelen ser de montaje C o montaje CS. La combinación adecuada de óptica y extensión tomará la mejor imagen posible.

Las ópticas fijas pueden utilizar un enfoque automático, que puede ser ajustado mecánicamente o un lente líquido que enfoca automáticamente en la pieza.

Las ópticas con enfoque automático suelen contar con un campo de visión fijo a cierta distancia.

En las aplicaciones de visión industrial lo habitual es que la distancia entre los objetos y la cámara siempre sea la misma y que el tamaño de los objetos en una aplicación determinada también permanezca más o menos constante. Por ello lo más habitual es utilizar ópticas de foco fijo, es decir sin opciones de zoom. Pero como siempre, la elección correcta depende de cada aplicación.

¿Qué es una óptica estándar?

Las ópticas estándares o entocéntricas son las más utilizadas en aplicaciones de visión artificial. Las gamas diseñadas para aplicaciones industriales suelen estar disponibles en distintas distancias focales desde 3.5 a 200 mm y se caracterizan por ser robustas y resistentes a vibraciones y golpes. Aun así, por buenas que sean, las ópticas siempre realizan alguna distorsión en la imagen captada. Estas distorsiones o aberraciones son el cambio de la representación geométrica de un objeto en el plano de la imagen. Por ejemplo, un rectángulo puede aparecer como una figura geométrica curvada hacia dentro (almohadilla) o hacia fuera (barril).

La distorsión de la imagen puede causar serios problemas en las aplicaciones de visión artificial. En las características técnicas de las ópticas acostumbran a expresar en porcentaje la distorsión producida por la misma.

Dependiendo de la forma geométrica del objeto a analizar podemos tener problemas con las mediciones del mismo ya que las ópticas estándares se ven afectadas por el ángulo de adquisición de la imagen. Para solucionar este problema existen ópticas telecéntricas con las que se asegura una visión totalmente paralela de los objetos a analizar.

¿Qué es una óptica telecéntrica?

Las ópticas telecéntricas únicamente permiten el paso de los rayos paralelos procedentes de la escena. Esta restricción evita la distorsión derivada de la perspectiva, pero conlleva un inconveniente: el diámetro de la lente tiene que ser al menos tan grande como la pieza que queremos visualizar. Eso hace que este tipo de ópticas sean aproximadamente 10 veces más caras que las ópticas estándar.

Los objetivos telecéntricos ofrecen las mejores prestaciones en términos de resolución, telecentricidad, profundidad de campo y distorsión y se utilizan para el desarrollo de aplicaciones de medición de alta precisión.

Aplicaciones con ópticas telecéntricas

Mediciones de piezas mecánicas.

El ámbito de aplicación más común de las ópticas telecéntricas es la medición de precisión de piezas mecánicas.
Muchos de estos componentes son productos para la industria automovilística, como por ejemplo válvulas, pistones y otras partes del motor. Componentes como tubos o perfiles extruidos de aluminio son controlados por maquinas especificas off-line. Los objetivos telecéntricos se usan frecuentemente durante el control dimensional de las piezas mecánicas más pequeñas, como por ejemplo:

• muelles
• tornillos
• dados
• pernos
• arandelas

Los utensilios para el fresado y la torneadura deben ser medidos con dispositivos específicos, llamados “tools presetters”, que hacen uso de pequeñas ópticas telecéntricas y de iluminadores colimados.

Mediciones de piezas de plástico

Otro campo tipico de utilización de los objetivos telecéntricos es la medición de obleas de plástico o goma, o-ring y tapones de plástico que necesitan un control sin contacto ya que son difíciles de manejar sin alterar su forma, y por ello sin comprometer los datos de la medición.

Medición de componentes de vidrio y farmacéuticos

Muchos contenedores de vidrio para el sector farmacéutico, como por ejemplo capsulas, viales o ampollas se miden mediante objetivos telecéntricos para garantizar la perfecta integridad del lacre y evitar que el vidrio pueda ser defectuoso. Otras muchas aplicaciones interesantes se realizan en el sector de la bebida, como por ejemplo la medición de los cuellos de botellas. También las jeringas, así como muchos otros componentes del sector médico se benefician de las técnicas de inspección telecéntricas.

Medición de componentes electrónicos

Los conectores eléctricos que están especialmente constituidos por piezas metálicas revestidas por plástico requieren un control preciso para garantizar que respetan ciertas tolerancias y que los conectores macho-hembra encajen correctamente.
Muchos otros componentes (como por ejemplo, resistencias, transistores y circuitos integrados) deben ser controlados por pequeñas ópticas telecéntricas para verificar su integridad, sus dimensiones, así como su posición y curvatura de spin. Las tarjetas electrónicas también son controladas para comprobar la distancia correcta entre los componentes.
Recientemente, se han empleado ópticas telecéntricas para verificar el buen estado de las células solares. También los wafer de silicio y los paneles LCD se inspeccionan con ópticas telecéntricas.

Consulta más información interesante sobre iluminación para visión artificial o componentes de visión artificial.

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