Lente telecéntrica frente a objetivo FA: cuatro comprobaciones antes de decidir
Respuesta directa: la diferencia entre una lente telecéntrica y un objetivo FA no es de calidad de imagen, es de geometría de proyección. Un objetivo FA puede dar una imagen más nítida y aun así medir mal, porque el tamaño de la imagen cambia con la altura de la pieza. La decisión se toma con cuatro comprobaciones numéricas: cuánto error de perspectiva tolera la cota, si el borde del campo se va a usar para medir, cuánto varía la altura de la pieza en producción y cuánto espacio mecánico hay.
1. Error de perspectiva frente a la tolerancia
El desplazamiento lateral de un borde por variación de altura es Δx = Δh × tan(θ), donde θ es el ángulo del rayo principal. En un objetivo FA de focal corta, ese ángulo llega a 15–20° en el borde del campo. Con Δh = 0,5 mm y θ = 20°, el error es 0,5 × 0,364 ≈ 0,18 mm. En una telecéntrica con 0,02° de telecentricidad, el mismo desplazamiento es 0,5 × 0,00035 ≈ 0,00017 mm, es decir 0,17 µm.
La comprobación es directa: se toma la tolerancia de la cota, se le resta el error de perspectiva del objetivo candidato y se mira si queda margen para el resto de errores del sistema —detector de borde, calibración, iluminación—. Si el margen es negativo o menor que un tercio de la tolerancia, el objetivo FA no sirve por muy buena que sea su MTF.
2. Medición en el borde del campo
En un objetivo FA, el aumento no es constante en todo el campo: hay curvatura de campo y hay variación de aumento hacia las esquinas. Si solo se mide en el centro, se puede calibrar y vivir con ello. Si la pieza ocupa todo el campo y se miden cotas en los extremos, la calibración del centro no vale en el borde y el error típico ronda el 0,1 % al 0,5 % del campo, que sobre 40 mm son 40–200 µm.
En una telecéntrica el aumento es constante por diseño, y la distorsión declarada está entre 0,01 % y 0,05 %. La comprobación consiste en medir un patrón de dos esferas separadas en el centro y luego en el borde: si la diferencia entre ambas medidas supera la tolerancia, hace falta telecéntrica.
3. Repetibilidad frente a la altura de la pieza
Un objetivo FA hay que reenfocarlo si cambia la altura, y cada reenfoque cambia la escala. Una telecéntrica no necesita reenfocar dentro del DOF y, aunque lo hiciera, la escala no cambia. La comprobación es medir la misma pieza a tres alturas distintas dentro del rango de producción y comparar la dispersión de la cota. Si la dispersión es mayor que la repetibilidad exigida, el FA introduce una variable que hay que controlar mecánicamente, y estabilizar la altura suele costar más que la diferencia de precio de la lente.
4. Espacio mecánico y coste
La telecéntrica paga su geometría con volumen: el frontal debe ser mayor que el campo y la distancia de trabajo no se puede acortar a voluntad. En una máquina con poco espacio, o con la cámara muy cerca de la pieza, puede no caber. El coste también crece con el campo: por encima de 100 mm de FOV, una telecéntrica puede costar varias veces más que un FA más calibración por campo, y en ese rango el FA vuelve a ser la opción sensata.
La tabla de decisión
Si la cota se mide sobre una pieza con relieve y la tolerancia está por debajo de 50 µm, telecéntrica. Si la pieza ocupa todo el campo y se mide también en los bordes, telecéntrica. Si la altura varía más que la repetibilidad exigida, telecéntrica o estabilización mecánica. Si el campo supera 100 mm, o solo se detecta presencia y posición, el objetivo FA es suficiente y la inversión se justifica mejor en iluminación y en calibración.
Preguntas frecuentes
¿Un objetivo FA de focal larga reduce el error de perspectiva?
Sí, porque el ángulo del rayo principal disminuye al aumentar la distancia de trabajo. Un FA de 75 mm a 500 mm de distancia tiene ángulos mucho menores que uno de 16 mm a 100 mm. Pero nunca llega a los 0,02° de una telecéntrica, y a cambio pierde luz y gana volumen.
¿La telecéntrica siempre da más nitidez?
No. La nitidez depende de la apertura, de la calidad de los grupos y del sensor. Es frecuente que un buen FA tenga mejor MTF en el centro que una telecéntrica económica. La ventaja de la telecéntrica es geométrica, no de resolución.
¿Se puede corregir el error de perspectiva por software?
Solo si se conoce la altura exacta de cada punto y se modela la proyección. En una pieza plana y bien apoyada se puede calibrar; en una pieza con relieve, la información que falta no está en la imagen y ninguna corrección la recupera.
¿Cuándo es mejor estabilizar la pieza que cambiar la lente?
Cuando la variación de altura es grande y el campo también, porque el coste de un utillaje de apoyo repetible puede ser menor que el de una telecéntrica de campo grande. Es una decisión económica, no óptica.
¿Merece la pena para inspección visual sin medición?
Normalmente no. Si no se asigna un número a la pieza, el error de perspectiva no tiene consecuencias y el FA ofrece más campo, más luz y menos volumen por el mismo dinero.
Ver también