Repetibilidad de un lente zoom motorizado: protocolo de 10 ciclos
Respuesta directa: un lente zoom motorizado no tiene una sola cifra de repetibilidad. Tiene una dispersión de aumento, un desplazamiento direccional y un tiempo de estabilización, y los tres se miden sobre el propio equipo, no se leen en el catálogo. El protocolo consiste en bloquear las variables del banco, llevar el lente por al menos diez ciclos de ida y vuelta entre los aumentos que realmente se usan, registrar la longitud medida en cada llegada y reducir la serie a cinco estadísticos: rango R, desviación estándar sigma, desviación máxima Dmax, consistencia C e histéresis H, comparados contra un umbral declarado antes de empezar.
El número de ciclos y todos los umbrales de este artículo son recomendaciones de ingeniería, no especificaciones publicadas por POMEAS. Esta distinción importa: quien compra un lente puede exigir valores garantizados, pero quien valida una estación tiene que producir sus propios números y decir en qué condiciones los obtuvo.
Calificar el nivel óptico, no el pulso
Un zoom motorizado se posiciona por conteo absoluto de pulsos y puede devolver su posición, así que resulta tentador calificarlo con un número de pulsos. Conviene resistirlo: el pulso es posición mecánica, el aumento es el resultado óptico, y un accionamiento que vuelve perfectamente a su pulso comandado todavía puede formar imagen a una escala distinta. Hay que medir ambos, pero solo el nivel óptico es criterio de aceptación.
La histéresis se corta aparte, como la diferencia entre la llegada media desde arriba y desde abajo en un mismo ajuste. Si el mecanismo tuviera juego en el husillo, esa diferencia aparecería como un escalón fijo y no como dispersión; por eso las dos cifras se reportan por separado.
Las plataformas que se usan como ejemplo
| Lente | Relación de zoom | Aumento | Distancia de trabajo | Sensor / montura | Accionamiento |
|---|
| PMS-LZ-650104 | 6,5:1 | 0,7X a 4,5X | 82 ± 2 mm | 2/3" / C-mount | Servo DC motorizado en lazo cerrado; RS-232 de 9 pines, eje simple o doble |
| PMS-LZL-12101 | 12,5X | 0,58X a 7,5X | 77,4 ± 2 mm | 2/3" / C-mount | Zoom coaxial manual, diseño telecéntrico; resolución mínima 3,05 µm; distorsión TV mínima 0,001 por ciento |
El PMS-LZL-12101 es manual, así que una prueba de repetibilidad motorizada no aplica: lo que repite es el operador, no un accionamiento. Su resolución mínima publicada de 3,05 µm es el suelo óptico de cualquier prueba que se haga sobre él, y por eso aparece aquí como referencia de lo que el sistema puede resolver, no como objeto de ensayo.
Para la prueba de repetibilidad motorizada, las plataformas del catálogo con accionamiento son el PMS-LZH-7504 (4K motorizado, 0,68×–5,0×) y el PMS-LZH-7505W (4K motorizado con iluminación coaxial); la PMS-LZL-12101, en cambio, es manual y solo repite lo que repita el operador.
Banco de prueba: fijar todo antes del ciclo 1
La repetibilidad es una dispersión, y toda variable sin control termina dentro de ella. Cada fila siguiente se lleva a su valor de producción antes de empezar, no se ajusta durante la serie.
| Variable | Ajuste recomendado (regla de ingeniería, no especificación) | Por qué importa y cómo verificarlo |
|---|
| Posiciones | Los ajustes bajo, medio y alto que realmente se usan | El error depende de la posición: hay que calificar por ajuste, no en promedio |
| Temperatura | Ambiente dentro de ±1 °C durante toda la serie; aclimatar el lente si llega frío | La deriva térmica mueve los grupos ópticos; anotar temperatura al inicio y al final |
| Iluminación | Fuente DC con control de corriente, ya estabilizada; 24 V DC coaxial en piezas especulares | Los bordes por umbral siguen al brillo: congelar exposición y ganancia |
| Blanco | Rasgo certificado que ocupe la mayor parte del campo; la retícula de 0,01 mm sirve para centrado | Un rasgo más largo diluye la incertidumbre de borde; registrar la longitud L |
| Distancia de trabajo | La publicada, sostenida rígidamente: 82 ± 2 mm o 77,4 ± 2 mm | Es un valor de diseño: cámara y lente se montan como una sola unidad |
| Enfoque | Fijar una vez al mayor aumento y bloquear | Un reenfoque a mitad de serie esconde una deriva de foco dentro de la dispersión |
| Espera de estabilización | Movimiento detenido más una espera fija igual a la de producción | Una espera corta mide inercia; si la dispersión sale ancha, repetir con espera mayor |
Adquisición: N mayor o igual a 10 ciclos de ida y vuelta
Un ciclo es un recorrido completo A, luego B, luego A de nuevo. Diez ciclos dan diez llegadas a A sin viajar dos veces seguidas en el mismo sentido, y eso es justamente lo que expone la histéresis. Diez es el piso práctico para que una desviación estándar signifique algo; una tolerancia ajustada justifica veinte o treinta ciclos, siempre citados con sus condiciones.
| Paso | Acción | Motivo |
|---|
| 1 | Bloquear todas las variables; fijar la región de interés; congelar exposición y ganancia | Una variable sin control entra en la dispersión reportada |
| 2 | Hacer el homing y confirmar que el recorrido total está en rango | Fija la referencia absoluta de cada ajuste |
| 3 | Mover al pulso A; esperar parada; esperar la espera fija; capturar; anotar lectura de retorno y píxeles | Primera llegada a A: el punto de referencia |
| 4 | Mover al pulso B; esperar parada y espera fija; no capturar | B solo fuerza el recorrido; calificar B exige su propia serie |
| 5 | Volver al pulso A; esperar; capturar; anotar: llegada 1 | El sentido de aproximación se invierte, que es el objetivo |
| 6 | Repetir los pasos 4 y 5 hasta N llegadas, alternando sentido | Separa la dispersión aleatoria del término direccional |
| 7 | Recalcular la escala píxel a milímetro en ese ajuste antes de reducir | La escala pertenece a la posición, no al lente |
| 8 | Repetir para cada ajuste y volver a correr la serie al final del turno | Separa la dispersión dentro de la serie de la deriva del turno |
Hay que leer la tendencia, no solo el total. Una deriva ascendente es asentamiento térmico; una dispersión amplia y simétrica es juego aleatorio del accionamiento; una brecha entre ida y vuelta es holgura mecánica. Los tres se corrigen de forma distinta, y por eso el reporte tiene que distinguirlos.
Reducir la serie: qué estadísticos se reportan
De las llegadas a un mismo ajuste se obtienen cinco números. El rango R es la diferencia entre el máximo y el mínimo. La desviación estándar sigma describe la dispersión si el proceso es estable. La desviación máxima Dmax es la peor llegada respecto a la media y es la que sufre el operador. La consistencia C es la dispersión relativa, útil para comparar ajustes con longitudes de rasgo diferentes. La histéresis H es la diferencia entre la media desde arriba y desde abajo.
El criterio de aceptación se declara antes de la prueba y en unidades del mensurando, no en píxeles: por ejemplo, que Dmax sea menor que la tolerancia dimensional del rasgo más crítico dividida entre tres. Declararlo después de ver los datos es la forma más habitual de autoengañarse.
Si la dispersión excede el criterio, el orden de revisión es: espera de estabilización demasiado corta, distancia de trabajo que se mueve con el peso del cable, iluminación no estabilizada, y por último el mecanismo. Las cuatro clases de falla típicas de un zoom motorizado y su diagnóstico están en cuatro clases de falla y su solución, y la posición por pulsos se explica en la tabla de pulsos y aumentos.
Por qué la prueba es del sistema y no del lente
La repetibilidad que importa en producción incluye la montura, el cable, el utillaje y el algoritmo de medición. Un lente que repite bien sobre un banco de laboratorio puede fallar en la máquina porque el soporte cede unos micrómetros al cambiar de aumento. Por eso la última serie se corre con el lente montado en el equipo real y con la receta real.
Para la parte puramente óptica, el centrado y la parfocalidad se ajustan antes de medir, según el procedimiento de parfocalidad y centrado. La realimentación de aumento por puerto serie es lo que permite cerrar el lazo en producción, y está descrita en realimentación RS232 de aumento y en los cinco comandos del protocolo RS-232. Si el requisito dimensional es tan fino que el zoom no alcanza, el camino es otro tipo de óptica: la comparación entre plataformas de 6,5X y 12,5X con sus resoluciones y campos está en zoom 6,5X frente a 12,5X, y el compromiso entre apertura y profundidad de campo en cómo mejorar la profundidad de campo.
Resumen operativo
Bloquear siete variables, correr diez ciclos de ida y vuelta alternando sentido, recalcular la escala en cada ajuste, reducir a cinco estadísticos y comparar contra un umbral escrito antes de empezar. Reportar siempre N, temperatura y espera de estabilización junto con las cifras: una repetibilidad sin condiciones no es un dato, es una promesa.
Preguntas frecuentes
¿Cuántos ciclos hacen falta para que la prueba de repetibilidad sea válida?
Diez ciclos de ida y vuelta es el piso práctico: por debajo de ese número la desviación estándar no significa nada porque pesa demasiado cada llegada individual. Si la tolerancia del rasgo es ajustada, se justifican veinte o treinta ciclos, y en ese caso hay que informar el número exacto junto con las condiciones del banco, porque una cifra de repetibilidad sin N declarado no es comparable con ninguna otra.
¿Por qué no basta con leer el pulso de posición que devuelve el lente?
Porque el pulso describe la posición mecánica del mecanismo y el aumento es el resultado óptico. Un accionamiento puede volver exactamente a su pulso comandado y aun así formar imagen a una escala ligeramente distinta si un grupo óptico se asentó o si la temperatura movió la montura. Hay que registrar el pulso, sí, pero la aceptación se decide sobre una longitud medida en la imagen.
¿Qué significa una brecha entre la llegada desde arriba y la llegada desde abajo?
Es histéresis, y su origen típico es juego mecánico en el husillo o en el acoplamiento del motor. Se calcula como la diferencia entre la media de las llegadas aproximando desde un sentido y la media aproximando desde el sentido contrario. Es un error sistemático, no aleatorio, así que no se reduce promediando más ciclos: se corrige mecánicamente o se compensa siempre aproximando desde el mismo sentido.
¿Sirve la repetibilidad publicada en el catálogo como criterio de aceptación?
No para aceptar una estación. La repetibilidad que importa en producción incluye la montura, el peso del cable, la rigidez del utillaje y el algoritmo de medición, de modo que el valor del banco de laboratorio no representa el comportamiento de la máquina. La práctica correcta es correr la serie final con el lente montado en el equipo real y con la receta real, y usar el dato de catálogo solo como referencia de orden de magnitud.