Sensor y círculo de imagen en lentes telecéntricas
En una lente telecéntrica la relación entre sensor y campo es inusualmente simple, y esa sencillez es también su restricción. Como el aumento se mantiene prácticamente constante en todo el rango de trabajo, el campo de visión queda determinado en el momento en que se elige el formato del sensor: no hay término de perspectiva ni dependencia de la distancia dentro del rango telecéntrico. Esto cambia el orden en que se toman las decisiones de selección y explica por qué muchos proyectos se rehacen después de montar la máquina.
El formato fija el campo antes que cualquier otra decisión
El campo de visión es igual al tamaño del sensor dividido por el aumento. Al no existir dependencia de la distancia, el campo no se puede ajustar moviendo la cámara: para cambiarlo hay que cambiar el sensor o el aumento. Un diseño que dé por supuesto que el campo se recortará en el sitio no funcionará con una lente telecéntrica.
El orden práctico es por tanto: fijar el campo a partir de la pieza, elegir el aumento que lleva ese campo a un sensor estándar y confirmar que el formato elegido existe con la interfaz y la velocidad de lectura requeridas. En la gama telecéntrica de POMEAS el aumento va de 0,061 a 12,5 X, lo que significa que la mayoría de los requisitos de campo se pueden cubrir con más de un formato. La elección del formato se convierte entonces en una decisión de resolución y no de cobertura.
El círculo de imagen es un límite duro, no una recomendación
Toda lente proyecta una imagen corregida sobre un círculo finito. Fuera de ese círculo la imagen pierde luminosidad y la corrección de distorsión y de telecentricidad deja de cumplirse. Un sensor mayor que el círculo de imagen no gana campo: gana viñeteo en las esquinas y precisión degradada en el borde del cuadro.
El fabricante declara el formato máximo soportado, y ese dato debe tratarse como un techo. Montar un sensor mayor detrás de un círculo de imagen menor produce imágenes que parecen aceptables en el centro y fallan en los bordes, que es justo donde una aplicación de medición menos puede tolerarlo. El fallo es sutil en inspección visual y evidente en metrología: una pieza medida cerca del borde del cuadro con un sensor mal emparejado muestra un error que cambia con la posición y no se reproduce, y la causa se atribuye con facilidad al eje o a la calibración.
Para medir, el área utilizable es algo menor que el círculo declarado, porque la telecentricidad y la distorsión se especifican sobre una región definida. Tratar el formato declarado como formato de trabajo no deja margen. El procedimiento seguro es elegir primero el formato y comprobar después que la lente declara soporte para él.
Campo y resolución tiran en direcciones opuestas
Para un sensor fijo, aumentar el aumento reduce el campo y mejora la resolución en el espacio objeto en la misma proporción; reducirlo hace lo contrario. Los dos requisitos hay que resolverlos juntos y no en secuencia.
Una forma útil de plantear el requisito es como una relación resolución por campo: cuál es el detalle más pequeño que debe resolverse en el borde de la pieza más grande. Ese único número, junto con el número de píxeles del sensor, determina si la aplicación es viable con un formato dado. En la gama telecéntrica de POMEAS el campo va de 0,4 a 265 mm y la resolución en el espacio objeto de 1,1 a 398 micrómetros. Esos rangos no se combinan de forma arbitraria: los modelos de campo grande no son los de resolución más fina, porque ambos están gobernados por el mismo aumento óptico.
Por eso una especificación que pide a la vez campo grande y resolución fina debe contrastarse con el número de píxeles del sensor antes de cotizar ningún modelo. Si la resolución por campo requerida excede lo que el sensor puede muestrear, ninguna lente lo entregará.
La altura de la pieza también influye en el formato
La profundidad de campo de un sistema telecéntrico es el rango de altura en el que el aumento y el enfoque permanecen dentro de tolerancia. Se especifica por modelo y se reduce rápidamente al subir el aumento, de modo que un formato elegido por resolución fina puede dejar demasiado poca profundidad para una pieza con variación de altura.
En la gama POMEAS la profundidad de campo va de 0,017 a 172 mm, un intervalo de cuatro órdenes de magnitud. Los modelos de aumento alto están en el extremo estrecho, y eso es una propiedad de la óptica y no un defecto de un diseño concreto. La consecuencia para la selección del formato es que una pieza con variación apreciable de altura —una pieza estampada con rebabas o una fundición con ángulo de desmoldeo— puede necesitar menos aumento y, por tanto, un sensor mayor para mantener el campo. Las dos restricciones hay que satisfacerlas de forma simultánea.
Orden práctico de selección
| Paso | Qué se decide | Qué se comprueba |
|---|
| 1 | Campo necesario a partir de la pieza, con margen de posicionamiento | Que el margen no se coma la resolución requerida |
| 2 | Aumento que lleva ese campo al sensor candidato | Que el aumento exista en el catálogo con ese campo |
| 3 | Formato y número de píxeles del sensor | Que el formato esté dentro del círculo de imagen declarado |
| 4 | Profundidad de campo del modelo | Que cubra la variación real de altura de la pieza |
| 5 | Interfaz y velocidad de lectura | Que el ciclo de la máquina admita la tasa de datos |
Recorrer la tabla en este orden elimina la mayor parte de las reelaboraciones, porque los errores de campo son los más difíciles de corregir una vez construida la máquina.
Preguntas frecuentes
¿Puedo montar un sensor mayor para ganar campo?
No si el sensor excede el círculo de imagen declarado. Ganará viñeteo en las esquinas y peor precisión en el borde del cuadro, no más campo útil.
¿Cómo se calcula el campo con un sensor concreto?
Dividiendo el ancho y el alto efectivos del sensor entre el aumento de la lente. Conviene usar las dimensiones efectivas declaradas por el fabricante de la cámara y no el formato en pulgadas.
¿Por qué no basta con elegir el modelo de más resolución?
Porque al subir el aumento baja la profundidad de campo y se reduce el campo. Un modelo de resolución fina puede no cubrir la variación de altura real de la pieza.
¿El formato en pulgadas equivale al área activa del sensor?
No. El formato en pulgadas es una herencia de los tubos de cámara y no coincide con el área activa; dos cámaras del mismo formato pueden tener anchos distintos.
Lecturas relacionadas
Para aplicar las fórmulas paso a paso, el cálculo de aumento, FOV y distancia de trabajo y la guía de elección por FOV, WD y DOF. Para comparar familias por aumento, las notas de lentes telecéntricas 0,5X y lentes telecéntricas 2X; como referencia de producto, el PMS-LTC1-110C.