Medición dimensional en línea: calibre, confocal o visión
Respuesta directa: un calibre de diámetro por luz transmitida mide una anchura de sombra, un cabezal confocal mide la distancia a una superficie y un sistema de visión mide rasgos en una imagen. Son tres magnitudes físicas distintas, y el instrumento se elige por la magnitud que necesita el control de producción, no por la cifra de resolución más pequeña del catálogo.
Empezar por la resolución es el camino más rápido hacia una instalación que mide muy bien algo que nadie necesitaba. Lo que sigue ordena la decisión en cuatro pasos y termina con la lista de aceptación que pide el ingeniero de línea.
Paso uno: traducir el plano a magnitudes medibles
Un diámetro exterior es una anchura entre dos bordes de silueta. Una altura o un escalón es una distancia de una superficie a una referencia. Una posición entre taladros o un contorno 2D complejo exige una imagen o varios bordes proyectados. Un perfil 3D completo exige barrido, varias vistas o un sensor de profundidad.
Antes de mirar equipos hay que escribir cuatro cosas: en qué dirección se mide, si la pieza está en movimiento, qué propiedades tiene la superficie y qué trazabilidad se exige. Las cuatro cambian la respuesta, y omitir la segunda es el error más común: un instrumento de banco y un instrumento en línea no compiten aunque midan la misma cota.
Paso dos: el calibre por luz transmitida
El caso de referencia es el LM-1030, publicado con 0,3 a 30 mm de rango de medición, 2400 muestras por segundo, exactitud de ±2 μm y repetibilidad de ±0,15 μm en las condiciones de patrón especificadas. La cadena óptica descrita es LED verde GaN, óptica telecéntrica y receptor HL-CCD, con grado de protección IP64.
Hay un detalle de nomenclatura que conviene aclarar porque aparece en títulos de producto: algunos textos lo llaman calibre láser de diámetro, pero la fuente declarada es LED. No debe describirse como escáner láser rotatorio salvo que una hoja de datos revisada demuestre esa configuración. La diferencia no es semántica: un escáner rotatorio y una sombra telecéntrica tienen perfiles de incertidumbre distintos.
El receptor lee la anchura de la sombra de un alambre, un tubo o una barra. Lo que no hace es inferir el espesor de pared de un tubo opaco ni el diámetro interior a partir de una sola silueta exterior. Es candidato para líneas de extrusión y trefilado continuo, sujeto a las restricciones de diámetro, guiado y ambiente.
Paso tres: la frecuencia de muestreo no es la cobertura de defectos
La distancia longitudinal entre muestras sucesivas es la velocidad de la pieza dividida por la frecuencia de muestreo. A 2 m/s y 2400 muestras por segundo, la separación es de 0,83 mm. Un defecto de 0,1 mm de longitud puede caer entero entre dos muestras y no aparecer nunca, aunque cada muestra individual tenga una repetibilidad de 0,15 μm.
Este es el malentendido más caro de la medición en línea: se compra resolución donde hacía falta cobertura. Si el requisito es detectar defectos cortos, hay que mirar la separación entre muestras y no la repetibilidad, y probablemente haga falta otra tecnología en paralelo. Si el requisito es la tendencia del diámetro medio, la separación de 0,83 mm es de sobra.
Paso cuatro: el confocal mide una distancia, no un diámetro
Un cabezal confocal entrega la distancia a una superficie con repetibilidad de clase nanométrica: el SFS-D108 publica 3 nm sobre un rango de ±0,05 mm. Ese número no es comparable con los ±2 μm de exactitud del calibre, porque describen cosas distintas: uno es dispersión de una medida relativa sobre una superficie, el otro es exactitud absoluta de una anchura.
Para obtener un diámetro con un confocal hacen falta dos cabezales enfrentados o un barrido con eje, y en ese momento el costo y el tiempo de ciclo cambian por completo. El confocal brilla en escalones, rugosidad, espesor de capa y perfil, no en diámetro exterior continuo.
Paso cinco: la visión da muchos rasgos y muchas dependencias
Una cámara con óptica telecéntrica mide muchos rasgos en una imagen y conserva las relaciones entre ellos, porque todos se miden en el mismo instante y con la misma escala. La contrapartida es que depende de la iluminación, del contraste de cada borde y de la calibración de la escala.
En piezas metálicas el borde aparente y el borde real difieren por reflexión y sombra, de modo que la visión en línea se especifica normalmente con retroiluminación y óptica telecéntrica. El criterio de selección de esa óptica está en guía de selección de lente telecéntrica, y los límites del método de un solo disparo en medición de un solo disparo. Para situar la clase de instrumento, un cabezal de medición por imagen como el HM-1006 publica 6 mm de campo con 0,05 μm de repetibilidad y ±0,2 μm de precisión de posición.
Poner exactitud, repetibilidad y muestreo en columnas distintas
Una tabla de decisión útil tiene tres columnas separadas, porque los tres números no son intercambiables. Un instrumento puede tener repetibilidad excelente y exactitud mediocre por calibración, o al contrario. Y el muestreo no pertenece a ninguna de las dos: es una propiedad del proceso.
| Requisito | Calibre por luz transmitida | Confocal espectral | Visión con telecéntrico |
|---|
| Magnitud medida | Anchura de sombra (diámetro exterior) | Distancia a una superficie | Rasgos 2D en una imagen |
| Exactitud típica | ±2 μm (LM-1030, condiciones de patrón) | Depende de linealidad: <±0,03 μm a <±5 μm en la familia SFS-D | Función de la calibración de escala |
| Repetibilidad | ±0,15 μm (LM-1030) | 3 nm a 1550 nm según modelo | Depende del contraste del borde |
| Velocidad | 2400 muestras por segundo | Una superficie por ciclo | Una imagen por ciclo |
| Pieza en movimiento | Sí, es su caso natural | Sí, con corrección por desplazamiento | Sí, con tiempo de exposición corto |
| Dependencia de la superficie | Baja: mide silueta | Alta: requiere retorno de luz | Alta: requiere contraste |
Qué necesita el ingeniero de línea para aceptar
La aceptación no se firma con una hoja de datos sino con una prueba en la línea. Los seis puntos que se piden siempre: el instrumento mide la cota del plano con la tolerancia del plano en tres piezas del lote; la repetibilidad se demuestra sobre la pieza real y no sobre un patrón; el tiempo de ciclo incluye la comunicación con el PLC y no solo la adquisición; la salida de datos llega al sistema de registro con la trazabilidad exigida; el procedimiento de verificación diaria está escrito y toma menos de cinco minutos; y el comportamiento con la iluminación de la nave y con las vibraciones del entorno está comprobado.
El detalle de esta aceptación, aplicado a la sustitución de una estación completa, está en sustituir una estación de medición: seis verificaciones.
El orden correcto de la decisión
Primero la magnitud: anchura, distancia o imagen. Después la velocidad y la cobertura: qué separación entre muestras exige el defecto más corto. Después la superficie: silueta, reflexión o difusión. Después la integración. Y al final el precio, que rara vez cambia la respuesta si los cuatro pasos anteriores están bien hechos.
Si la respuesta a los cuatro pasos es «diámetro exterior de una pieza en movimiento», el instrumento es un calibre en línea y los métodos comparados están en medición de diámetro en línea. Si es «escalón de micras sobre una pieza parada», es confocal; su relación entre rango y resolución está en resolución del sensor confocal. Y si es «diez rasgos 2D por pieza», es visión, con la advertencia de que la repetibilidad y la exactitud se confunden con facilidad, como se explica en repetibilidad no es exactitud.
Preguntas frecuentes
¿Un calibre de 2400 muestras por segundo detecta un defecto de 0,1 mm a 2 m/s?
No de forma fiable. A 2 m/s las muestras quedan separadas 0,83 mm, así que un defecto de 0,1 mm puede pasar entero entre dos muestras. Para detectarlo hace falta una frecuencia ocho veces mayor o un principio de medida que integre la longitud, como un sistema de visión con línea de escaneo.
¿El LM-1030 es un escáner láser?
La fuente declarada es un LED verde GaN con óptica telecéntrica y receptor HL-CCD, no un láser rotatorio. Algunos títulos de producto usan la expresión calibre láser, pero la descripción técnica indica LED. Conviene describirlo por su cadena óptica real para no prometer un perfil de incertidumbre que no corresponde.
¿Una resolución confocal de 3 nm equivale a una exactitud de 3 nm?
No. Los 3 nm son repetibilidad, es decir dispersión de medidas repetidas en el mismo punto y con las mismas condiciones. La exactitud incluye el error de linealidad, que en ese modelo se publica como menor que ±0,03 μm, y la incertidumbre de la calibración del sistema completo. La diferencia entre los dos conceptos decide qué se puede prometer al cliente.
¿Una cámara de visión puede sustituir a un cabezal confocal para medir un escalón?
No para la altura real. Una imagen es una proyección y mide en el plano; un escalón en Z requiere otra tecnología o una reconstrucción por enfoque que rara vez alcanza la incertidumbre de un confocal. La visión puede medir la posición del escalón en el plano, que es otra cota.