Lente telecéntrica frente a FA: cuatro verificaciones antes de especificar
Respuesta directa: en medición de precisión la diferencia no es que el telecéntrico sea más exacto. Un lente telecéntrico colapsa tres mecanismos de error independientes —la distorsión que desplaza el borde, la deriva de aumento con la altura de la pieza y el cambio de escala al reenfocar— en un único residuo acotado, mientras que un lente FA deja que los tres escalen con el utillaje. Cuatro verificaciones deciden: campo frente a aumento, resolución óptica frente a paso de píxel, profundidad de campo frente a la dispersión real de alturas, y presupuesto de error residual a partir de la telecentricidad y de la distorsión TV.
Por qué la geometría, y no la tolerancia, fija el techo
En un diseño telecéntrico la pupila de apertura se sitúa en el plano focal trasero del grupo frontal, de modo que el rayo principal de cada punto del campo sale paralelo al eje óptico: es imagen ortográfica. En un lente FA estándar los rayos principales convergen hacia la pupila: es imagen en perspectiva. Eso no se corrige puliendo, y la calibración solo elimina una deformación estática.
Las cuatro verificaciones se hacen sobre una referencia concreta: el PMS-LTCM1-110 para el lado telecéntrico y el MH1825-10MP para el lado FA, comparando el mismo campo y la misma altura de pieza.
La telecentricidad, citada como ángulo máximo de rayo, es lo que ata la óptica a la mecánica, porque convierte el movimiento de la pieza en Z en error lateral de medición. POMEAS publica telecentricidad de lado objeto por debajo de 0,02° para los telecéntricos coaxiales de 1,2X y 1,5X, y por debajo de 0,016° de lado objeto con menos de 0,069° de lado imagen en otros modelos de la familia.
Qué pasa en piezas reales
| Situación | Con un lente FA estándar | Con un lente telecéntrico | Dato publicado que comprobar |
|---|
| Pieza escalonada (eje con escalón, tapa sobre base, matriz con hilo) | El aumento cambia con la altura, así que el mismo ancho mide distinto en la cara superior y en la inferior, y el borde alto se desplaza lateralmente | El aumento proviene de la geometría del grupo frontal y no de la posición en Z; las dos caras se forman a la misma escala | Telecentricidad de lado objeto |
| Borde libre en pieza plana (borde troquelado, borde de película, contorno de chapa) | El error de posición del borde crece hacia el extremo del campo, porque la distorsión es una deformación radial | El error de borde está acotado por la distorsión TV residual en cualquier punto del campo | Distorsión TV 0,01 % (LTCM12-110C, LTCM15-110C, LTCM2-110C); 0,05 % (LTCM2-65C-S) |
La segunda fila es la que más se subestima. En una pieza plana parece que no hay error de perspectiva y por tanto un FA sirve. Pero el borde medido en el extremo del campo arrastra la distorsión radial, que en un FA típico es de décimas de por ciento: sobre un campo de 50 mm, un 0,5 por ciento son 250 µm, muy por encima de cualquier tolerancia dimensional fina.
Profundidad de campo cuando las alturas varían
La profundidad de campo es el rango de altura en el que el aumento y el enfoque se mantienen dentro de tolerancia. Se publica por modelo y se reduce rápido al subir el aumento, así que un lente elegido por resolución puede quedarse corto para una pieza con relieve.
| Lente (publicado) | Aumento | Distancia de trabajo | Resolución en el objeto | Profundidad de campo |
|---|
| LTCM02-110 | 0,2X | 110 mm | 16,78 µm | 10 mm |
| LTCM03-110-C | 0,3X | 110 mm | 11,18 µm | 4,44 mm |
| LTCM05-110C | 0,5X | 110 mm | 12,43 µm | 2,96 mm |
| LTCM1-110C | 1,0X | 110 mm | 7,46 µm | 0,89 mm |
| LTCM12-110C | 1,2X | 110 mm | 6,71 µm | 0,67 mm |
| LTCM15-110C | 1,5X | 110 mm | 5,59 µm | 0,44 mm |
| LTCM2-110C | 2,0X | 110 mm | no publicada en el extracto | 0,27 mm (teórica) |
| LTC1-200C | 1,0X | 200 mm | 22,37 µm | 2,67 mm |
La lectura es inequívoca: pasar de 0,2X a 1,5X reduce la profundidad de campo de 10 mm a 0,44 mm, más de veinte veces, mientras la resolución mejora de 16,78 a 5,59 µm. Si la pieza tiene un escalón de 2 mm, el modelo de 1,5X no puede cubrirlo en una sola imagen y hay que decidir entre bajar de aumento o medir cara por cara.
Repetibilidad: la lista de factores
| Factor | Efecto sobre el número | Cómo se controla |
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| Telecentricidad residual | La deriva en Z del utillaje se convierte en error lateral | Limitar la variación en Z o elegir un grado más estricto |
| Margen de profundidad de campo | Los rasgos fuera de foco se desenfocan y el borde subpíxel oscila | Mantener toda la dispersión de altura dentro de la profundidad, con margen |
| Resolución frente a paso de píxel | Un lente grueso pierde contraste de borde | Emparejar resolución de imagen con paso de píxel |
| Distorsión TV residual | Error estático que varía con el radio de campo | Presupuestarlo en el radio que realmente se usa |
| Estabilidad de iluminación | Mueve el umbral y con él la posición del borde | Fuente DC controlada; considerar coaxial |
Cuándo un FA bien calibrado es la respuesta correcta
| Criterio | Elegir telecéntrico | Elegir FA estándar |
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| Salida de la estación | Un número que decide aceptar o rechazar | Un juicio: presente o ausente, legible o no |
| Tolerancia del rasgo | Decenas de micras o menos | Holgada respecto al campo |
| Campo de visión | Decenas de milímetros hasta cientos bajos | Centímetros hasta metros |
| Distancia de trabajo | Puede ser un valor de diseño fijo | Tiene que poder ajustarse |
| Variación de altura | Dentro de la profundidad de campo, o medida cara por cara | Grande, con una sola cara portando la cota |
| Prioridad de costo | La exactitud y el descarte evitado justifican la prima | Presupuesto y plazo dominan |
La última fila es una decisión de negocio y no de óptica. Un telecéntrico cuesta más y hay que justificarlo con el costo del error que evita: piezas rechazadas por medición dudosa, retrabajo, o discusiones con el cliente sobre una cota. Cuando ese costo no existe, el FA es la elección sensata.
Cuatro verificaciones antes de especificar
Primera: el campo de visión frente al aumento disponible, porque el telecéntrico no permite ajustar campo moviendo la cámara. Segunda: la resolución en el espacio objeto frente al paso de píxel y frente al defecto que hay que ver. Tercera: la profundidad de campo frente a la dispersión real de alturas de la pieza, con margen. Cuarta: el presupuesto de error residual, sumando telecentricidad por variación de Z más distorsión TV en el radio de uso.
Si el resultado de las cuatro deja margen, el telecéntrico es defendible. Si alguna no cierra, la respuesta no es insistir: puede ser un modelo de menor aumento con más profundidad, o un FA con calibración y utillaje rígido. El criterio general de selección está en guía de selección de lente telecéntrica y el emparejamiento de formato en sensor y círculo de imagen.
Preguntas frecuentes
¿Puede un lente telecéntrico medir una pieza con un escalón de 2 mm?
Depende del aumento. La profundidad de campo cae con el aumento: en la familia de 110 mm va de 10 mm a 0,2X hasta 0,44 mm a 1,5X. Un escalón de 2 mm exige un modelo de bajo aumento o medir cara por cara con el eje Z. Ningún telecéntrico resuelve el escalón fuera de su rango de profundidad, porque fuera de él el aumento deja de ser constante.
¿El lente telecéntrico elimina la necesidad de calibrar?
No. Elimina el error de perspectiva y acota la distorsión, pero la escala sigue dependiendo de la relación entre píxel y milímetro, que hay que establecer con un patrón trazable. Lo que cambia es la estabilidad de esa escala: una vez calibrada, se mantiene dentro del rango de profundidad y no varía con la altura de la pieza.
¿Por qué la medición de dos caras sobre el mismo eje exige óptica bi-telecéntrica?
Porque en una medición de dos caras el rayo principal tiene que ser paralelo al eje también del lado imagen, de forma que el desplazamiento lateral del objeto no desplace la imagen. Un telecéntrico solo de lado objeto mantiene el aumento constante pero no garantiza esa simetría, y el resultado es que la cota entre caras depende de la posición del borde.
¿Qué limita realmente la repetibilidad de una medición?
Casi nunca el lente. Los factores dominantes son la estabilidad de la iluminación, la rigidez del utillaje, la variación de altura dentro de la profundidad de campo y el algoritmo de detección de borde. Un lente excelente sobre un utillaje que se mueve da peor repetibilidad que un lente medio sobre una base rígida.