Ópticas para sistemas de visión artificial

Introducción

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.
Para saber exactamente que óptica debe utilizarse hay que tener en cuenta una serie de parámetros tales como el tamaño del sensor, su factor de conversión, la distancia del objeto a la cámara o el campo de visión que deseamos abarcar.
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 facilitan también programas de cálculo para determinar cuál es el objetivo idóneo para la aplicación que necesitamos.

El asesor de lentes de Cognex ayuda a seleccionar el lente correcto para cada aplicación de visión e identificación dependiendo de la información que tenga disponible sobre la aplicación.

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A la práctica, la 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, el tamaño y geometría del objeto, el espacio disponible y sobre todo las necesidades particulares de cada una de las aplicaciones.

Tipo de ópticas

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.

Ópticas estándar
Las ópticas estándar o entocéntricas son las más utilizadas en aplicaciones de visión artificial. Las gamas diseñadas para aplicaciones industriales suelen estar disponibles en un amplio rango de distancias focales y se caracterizan por ser robustas y resistentes a vibraciones y golpes.
Las ópticas estándares provocan que algunos factores limiten la exactitud y la repetitividad de la medición provocando:

1. Cambios de aumento debido a los movimientos del objeto.

2. Distorsión de las imágenes.

3. Errores de perspectivas.

4. Baja resolución de imágenes.

5. Incertidumbre sobre las posiciones de los bordes, debido a la geometría de la iluminación.

aberraciones_blogLas 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 adentro (almohadilla) o hacia fuera (barril).

Ópticas telecéntricas
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 serio 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.

Ópticas telecéntricasSi necesita asesoramiento para cualquier aplicación de visión artificial, no dude en contactar con nosotros www.bcnvision.es o via email a info@bcnvision.es

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.

Ópticas telecéntricasLas 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.

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

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).

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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.

Óptica telecéntrica

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. Para la construcción de una óptica telecéntrica la lente tiene que ser igual o mayor que el objeto y de gran calidad. Esto hace que este tipo de ópticas sean aproximadamente 10 veces más caras que las ópticas estándar.d7400ffa_smush_telecentricas_opt

Las ópticas estándares provocan que algunos factores limiten la exactitud y la repetitividad de la medición provocando:

  • Cambios de aumento debido a los movimiento del objeto
  • Distorsión de la imagen.
  • Errores de perspectiva.
  • Baja resolución de imágenes.
  • Incertidumbre sobre las posiciones de los bordes, debido a la geometría de la iluminación.

Estas limitaciones pueden resultar factores críticos en algunas aplicaciones de visión artificial. Algunos de estos aspectos pueden ser eliminados o reducidos mediante la utilización de ópticas telecéntricas.

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.
mecanicas_optMuchos 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

vidrio_farmaMuchos 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.

Si necesita asesoramiento para cualquier aplicación de visión artificial, no dude en contactar con nosotros www.bcnvision.es