Guía de selección de lentes telecéntricas: aumento, FOV, distancia de trabajo y precisión
Respuesta directa: una lente telecéntrica se elige con cuatro cuentas, siempre en el mismo orden. Primero el aumento, que sale de dividir el ancho del sensor entre el ancho de campo que necesita ver. Después la cobertura: el círculo imagen de la lente tiene que cubrir la diagonal del sensor, sin viñeteo. Tercero la resolución sobre la pieza, que es el tamaño de píxel dividido entre el aumento. Y cuarto la profundidad de campo, que debe absorber la variación de altura real de la pieza. Si las cuatro pasan, la lente sirve; si una falla, ninguna de las otras tres la compensa.
Si ya tiene el aumento calculado, en cada escalón están todos los modelos con su distancia de trabajo, resolución y campo por tamaño de sensor:
- 0,2X: 2 modelos, campo 44,00 × 33,00 mm
- 0,3X: 3 modelos, campo 29,33 × 22,00 mm
- 0,5X: 7 modelos, campo 17,60 × 13,20 mm
- 1,5X: 5 modelos, campo 5,87 × 4,40 mm
- 1,0X: 9 modelos, campo 8,80 × 6,60 mm
- 2,0X: 10 modelos, campo 4,40 × 3,30 mm
Qué hace telecéntrica a una lente
En una lente convencional los rayos que forman la imagen llegan al sensor en ángulo, y ese ángulo crece hacia los bordes del campo. El resultado es que el aumento efectivo depende de la altura del objeto: una misma pieza medida a 0,3 mm más arriba proyecta una imagen ligeramente distinta. En una lente telecéntrica en el espacio objeto, el diafragma de apertura se coloca en el plano focal del grupo frontal, de modo que los rayos principales salen paralelos al eje óptico. El aumento deja de depender de la distancia y de la altura, y solo depende de la relación entre distancias focales.
Eso es exactamente lo que un sistema de medición necesita, y también lo que explica su precio: para que los rayos salgan paralelos, el grupo frontal tiene que ser al menos tan grande como el campo de visión, y en muchos diseños varias veces mayor. Una lente telecéntrica de 0,5X con 44 mm de campo lleva un frontal de más de 44 mm de diámetro, y de ahí el tamaño y el peso.
Las cuatro cuentas, en orden
1. Aumento. β = ancho del sensor ÷ ancho de FOV. Con un sensor de 2/3″ (8,8 mm de ancho) y un campo de 20 mm: 8,8 ÷ 20 = 0,44X. Se elige el escalón comercial más cercano por encima, nunca por debajo, porque quedarse corto significa no ver la pieza completa.
2. Cobertura. La lente debe cubrir la diagonal del sensor, no solo el ancho. Un sensor de 2/3″ tiene 11 mm de diagonal; si la lente declara un círculo imagen de 11 mm o menos, las esquinas se oscurecen y la medición en las esquinas deja de ser válida. Este es el error más frecuente cuando se combina una lente antigua con una cámara nueva de más resolución.
3. Resolución sobre la pieza. Un píxel de 3,45 µm a 0,44X cubre 3,45 ÷ 0,44 ≈ 7,8 µm sobre la pieza. La resolución óptica de la lente, declarada en µm, debe ser igual o mejor que ese valor; si es peor, el sensor está resolviendo más de lo que la óptica entrega y el sistema pierde precisión de forma invisible en la imagen.
4. Profundidad de campo frente a la variación de altura. El DOF declarado debe cubrir la suma de la planitud de la pieza, la repetibilidad del porta-piezas y la deriva térmica durante el ciclo. Una lente de 2,0X en esta familia declara 0,27 mm; si el transportador varía ±0,2 mm, el margen no alcanza y hace falta bajar el aumento o estabilizar la altura.
La familia de 110 mm, de 0,2X a 2,0X
Estos siete modelos comparten distancia de trabajo de 110 mm —salvo el 0,8X, de 90,5 mm— con montura C. Son los mismos que aparecen en el catálogo de objetivos telecéntricos de la serie LTCM y LTC, y permiten cubrir desde piezas de decenas de milímetros hasta detalles de menos de 10 µm cambiando solo el aumento, sin tocar la mecánica del puesto de inspección.
Qué mirar además del aumento
Telecentricidad. Se declara en grados y describe cuánto se desvía el rayo principal del paralelismo. Valores por debajo de 0,02° mantienen el error de perspectiva por debajo de 0,35 µm para una variación de altura de 1 mm. Por encima de 0,1° el error empieza a ser comparable a la tolerancia que se quiere medir.
Distorsión. La distorsión telecéntrica típica es de 0,01 % a 0,05 %. Importa menos de lo que se cree si el sistema se calibra con una regla patrón, pero importa mucho si se compara la pieza contra una plantilla fija sin calibración por campo.
Iluminación. La variante con iluminación coaxial integrada lleva el divisor dentro del barril y permite iluminar superficies planas y reflectantes en el eje. Comparte óptica con la versión estándar, así que el FOV y el aumento no cambian; lo que cambia es el diámetro de trabajo y el hecho de que la luz viaja por dentro de la lente.
Cuándo una telecéntrica no es la respuesta
Si la pieza tiene más de 100 mm de lado, el frontal telecéntrico crece hasta hacer la solución económicamente inviable y suele ser mejor un objetivo FA de focal fija más calibración por campo. Si la altura de la pieza varía mucho más que el DOF disponible, ninguna lente lo resuelve: hay que estabilizar la altura o usar medición por triangulación láser. Y si lo que se quiere es simplemente detectar presencia, posición o color, una lente FA convencional hace el trabajo por una fracción del coste.
Preguntas frecuentes
¿Se puede usar una lente telecéntrica con cualquier cámara?
Sí, siempre que el círculo imagen cubra la diagonal del sensor y la montura coincida. Una lente de 2/3″ en una cámara de 1″ produce viñeteo en las esquinas, y una lente de 1″ en una cámara de 2/3″ desperdicia óptica pero funciona correctamente.
¿El aumento de la lente es el aumento del sistema?
No. El aumento del sistema es el producto del aumento de la lente por el de cualquier óptica adicional, y en los sistemas con tubo de extensión o relé hay que multiplicar. En esta familia el aumento indicado es el del conjunto lente más montura C estándar.
¿Cómo se comprueba la profundidad de campo real?
Con una pieza escalonada de altura conocida y una regla patrón: se enfoca el escalón inferior, se sube el superior en pasos de 0,05 mm y se registra en qué punto el borde deja de ser nítido. El DOF útil suele ser menor que el declarado, que se calcula en condiciones ideales.
¿Por qué la lente telecéntrica es más cara que una FA?
Por el tamaño del grupo frontal, que debe ser comparable al campo, y por la tolerancia de centrado necesaria para mantener los rayos paralelos. El coste crece con el campo y con el aumento, no con la montura.
¿Merece la pena si la pieza siempre está a la misma altura?
Depende de la tolerancia. Si la pieza está bien apoyada y la tolerancia es mayor que el error de perspectiva del objetivo FA, no hace falta. Si se miden bordes con tolerancias de pocas micras, la telecéntrica elimina una fuente de error que de otro modo hay que calibrar en cada pieza.
Siguiente paso
La forma rápida de cerrar la selección es enviar el ancho de campo necesario, el sensor de la cámara y la variación de altura de la pieza. Con esos tres datos se devuelve el aumento, el modelo concreto de la familia y el DOF disponible, antes de cualquier decisión de compra.
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