Entre los numerosos factores que afectan al sistema óptico de una máquina de medición por vídeo, la distorsión de la lente y la variación de la distancia de trabajo son dos que a menudo se pasan por alto, pero que tienen un impacto significativo en la precisión de la medición. Este artículo analiza sus mecanismos y métodos de control.
1. Distorsión dependiente del aumento en lentes de zoom
La distorsión óptica es la desviación entre las posiciones reales e ideales de los puntos de imagen durante la formación de imágenes con la lente, y se manifiesta como una discrepancia entre la magnificación en los bordes y en el centro: la distorsión de cojín hace que las dimensiones de los bordes parezcan mayores, mientras que la distorsión de barril las hace menores.
Debido a que la distorsión de un objetivo zoom varía con el aumento, la calibración debe realizarse por separado para cada nivel de aumento: se capturan imágenes de una placa de rejilla estándar o una pieza de tamaño estándar, se calcula la distorsión en cada región y se genera una matriz de compensación para que el software de medición la aplique automáticamente. Si la calibración se realiza con un aumento bajo y el operador cambia posteriormente a un aumento alto, la matriz deja de ser válida debido a que las curvas de distorsión difieren, lo que introduce un error sistemático. Tras cambiar de aumento, compruebe siempre que el software haya cargado los parámetros de compensación para el aumento activo.
2. El efecto de la distancia de trabajo en la magnificación
La distancia de trabajo es la distancia desde la parte frontal de la lente hasta la superficie de la pieza de trabajo. En las lentes convencionales no telecéntricas, un cambio en la distancia de trabajo modifica el aumento real: cuanto más cerca esté la lente, mayor será el aumento.
Al medir piezas con diferencias de altura (superficies escalonadas o cavidades profundas), el eje Z debe moverse para enfocar las características a diferentes alturas, y cada movimiento modifica la distancia de trabajo. Sin compensación por software, las características a diferentes alturas presentan errores de escala: las características más altas (lente más cercana) se miden más grandes, mientras que las más bajas (lente más lejana) se miden más pequeñas. Las piezas planas apenas se ven afectadas, ya que todas las características comparten la misma altura; en el caso de características tridimensionales o mediciones a múltiples alturas, el efecto no puede ignorarse.
3. La solución de lentes telecéntricas
Las lentes telecéntricas utilizan un diseño óptico especializado que mantiene los rayos principales paralelos, eliminando el efecto de los cambios en la distancia de trabajo sobre la magnificación: incluso cuando cambia la altura de la pieza, un detalle determinado conserva el mismo tamaño en la imagen, resolviendo la deriva de la magnificación en su origen. Las lentes bi-telecéntricas mantienen los rayos principales paralelos tanto en el espacio del objeto como en el de la imagen, lo que proporciona una magnificación más uniforme y una menor distorsión en todo el campo de visión.
Tomando como ejemplo los sistemas de medición de vídeo de JATEN, tanto el JTDIM-200 como el JTDIM3020 adoptan estructuras ópticas telecéntricas, tal como se indica en la documentación oficial del producto. El JTDIM3020 está equipado con lentes bi-telecéntricas que ofrecen una distorsión ultrabaja, sin deformación visible de la imagen en las transiciones de altura ni en los bordes; además, incorpora dos sensores CCD de 20 megapíxeles, que proporcionan la base óptica para la medición de contornos y superficies de alta precisión.
4. Limitaciones de aplicación de las lentes telecéntricas
La principal limitación de los objetivos telecéntricos es su reducido campo de visión: el diámetro del campo está condicionado por la apertura efectiva del grupo de lentes frontal, y la medición de elementos de mayor tamaño requiere un objetivo más grande y, por lo tanto, considerablemente más caro. En consecuencia, los objetivos telecéntricos son más adecuados para elementos de precisión de tamaño pequeño y mediano; para elementos grandes y planos, basta con un objetivo zoom convencional con calibración de distorsión por aumento.
5. Recomendaciones de uso
El uso correcto del sistema óptico incluye: realizar la calibración de la distorsión por separado en cada aumento e introducir los datos correctos; tener en cuenta los efectos de la distancia de trabajo al medir características tridimensionales; seleccionar el tipo de lente según el tamaño de la característica y los requisitos de precisión; y comprobar periódicamente la limpieza de la lente y su estado de montaje para evitar errores derivados de una lente suelta o contaminada.
Para obtener más detalles, consulte...
https://www.jatentech.com/product/video-measuring-machine-jtdim3020
https://www.jatentech.com/product/jtdim-200-video-measuring-system