Sensor confocal espectral frente a triangulación láser: cuál elegir
Respuesta directa: un sensor confocal espectral mide distancia por interferometría de luz blanca codificada en longitud de onda, y un sensor de triangulación láser la mide por la posición del punto reflejado sobre un detector. Los dos entregan un número en milímetros, pero no aceptan las mismas superficies. El confocal funciona sobre materiales transparentes, reflectantes y multicapa; la triangulación domina cuando hay que cubrir rangos largos a bajo costo y la superficie es difusa.
La confusión habitual consiste en comparar las dos familias por su cifra de repetibilidad. Ese número solo tiene sentido dentro del rango al que pertenece, y los dos tipos de sensor no reparten su presupuesto óptico de la misma manera. Lo que sigue separa el criterio geométrico del criterio económico.
Cómo mide cada uno
El confocal cromático envía un espectro de luz blanca a través de un sistema óptico en el que cada longitud de onda enfoca a una distancia distinta. Solo la longitud de onda que enfoca exactamente sobre la superficie vuelve con eficiencia a través de la apertura confocal y llega al espectrómetro. La longitud de onda medida se traduce directamente en distancia, sin partes móviles. Como la luz entra y sale atravesando el material, una sola medición puede resolver varias superficies: de ahí su capacidad para medir el espesor de un vidrio leyendo la cara superior y la inferior.
La triangulación láser proyecta un punto en ángulo y forma su imagen sobre un sensor de posición. Al cambiar la altura de la pieza, el punto se desplaza sobre el detector y ese desplazamiento se convierte en distancia. El montaje es simple y rápido, con rangos desde fracciones de milímetro hasta metros, pero el resultado depende mucho del color, el brillo y la inclinación de la superficie.
Tabla de comparación
| Criterio | Confocal espectral puntual | Triangulación láser |
|---|
| Superficies transparentes y vidrio | Mide a través del material y resuelve capas de espesor | Problemática: la señal penetra o se dispersa |
| Metal pulido y muy reflectante | Estable, óptica coaxial | Deslumbramiento del punto y errores por camino múltiple |
| Superficie rugosa o difusa | Funciona, con menor relación señal-ruido | Funciona: es su caso óptimo |
| Repetibilidad | Clase submicroétrica; 3 nm en el modelo SFS-D108 | Clase micrométrica típica |
| Rango de medición | Clase milimétrica: de ±0,05 mm a ±35 mm en la familia SFS-D | De milímetros a metros |
| Diámetro de punto | Muy pequeño: Φ2,7/5,4 μm en el SFS-D108 | Pequeño, pero crece en los modelos de rango largo |
| Tolerancia a la inclinación | Alta, pero cae rápido al crecer la distancia de referencia | Media; depende de la difusión de la superficie |
| Costo por punto de medida | Más alto | Más bajo |
La regla de decisión
Hay una pregunta que resuelve la mayor parte de los casos: ¿la superficie devuelve la luz de forma especular o difusa? Si es especular, transparente o multicapa, la elección es confocal. Si es difusa, mate y la distancia a medir supera los centímetros, la elección es triangulación.
La segunda pregunta es de qué magnitud se trata. Un escalón de 20 μm sobre una pieza mecanizada es territorio confocal; una altura de bobina sobre una línea de varios metros es territorio de triangulación. La tercera es el número de puntos por pieza: el confocal puntual mide un punto por ciclo, así que un barrido requiere un eje o un cabezal motorizado, y ese costo hay que sumarlo al del sensor.
Dónde el confocal gana sin discusión
El primer caso es el vidrio. Medir el espesor de una luna o de un laminado con triangulación obliga a tratar dos reflexiones y a separarlas por software; el confocal las separa por construcción, porque las dos superficies devuelven longitudes de onda distintas. El comportamiento sobre plásticos transparentes está desarrollado en confocal espectral puntual para plásticos transparentes.
El segundo es el metal pulido. Sobre una superficie especular la triangulación recibe un punto cegador y además reflexiones parásitas que llegan al detector desde ángulos no previstos. El confocal recoge solo la luz que vuelve por su apertura, lo que suprime ese camino parásito.
El tercero es el rasgo pequeño y profundo. Un punto de 2,7 μm puede entrar en un taladro o en una ranura donde un punto mayor integra el fondo con la pared.
Dónde el confocal pierde
La limitación más citada no es la precisión sino la relación entre rango y resolución, que se trata en detalle en resolución del sensor confocal. La segunda es la inclinación: el ángulo útil cae con la distancia de referencia, y un modelo de 150 mm acepta mucho menos inclinación que uno de 8 mm, aunque su ficha parezca más capaz. La tercera es el costo, que en aplicaciones de muchas estaciones se multiplica.
Hay además un malentendido frecuente sobre lo que se está midiendo. Un confocal entrega una distancia a una superficie, no un diámetro. Si el requisito de producción es el diámetro exterior de un tubo en movimiento, el instrumento correcto es un medidor en línea por luz transmitida, y los métodos están comparados en medición de diámetro en línea.
Qué pedir en la especificación
Al pedir un sensor confocal conviene exigir que la repetibilidad venga acompañada de tres datos: el rango al que aplica, la distancia de referencia del modelo y el tiempo de integración usado. Sin esos tres, la cifra no es comparable con la de otro fabricante. También conviene pedir el error de linealidad, que en la familia SFS-D va de menos de ±0,03 μm en el modelo de ±0,05 mm a menos de ±5 μm en el de ±25 mm, y el coeficiente térmico, que se publica como porcentaje del fondo de escala por grado.
Un cuarto dato que casi nunca se pide y que decide el montaje es el ángulo de medición. En la práctica es el parámetro que explica la mitad de las instalaciones que fallan sobre el papel y funcionan mal en la máquina.
De la tecnología al modelo concreto
Una vez decidido que la aplicación es confocal, la elección del modelo se reduce a tres cifras: el recorrido total que exige la pieza, la repetibilidad que exige la tolerancia y el ángulo de medición que permite el utillaje. Los dos extremos de la familia sirven para situar la escala. El SFS-D108 ofrece 0,1 mm de recorrido con 3 nm de repetibilidad y ±46,5° de ángulo, pensado para escalones finos y superficies inclinadas. El SFS-D700150 cubre 70 mm de recorrido con 1550 nm de repetibilidad y ±5,5° de ángulo, pensado para piezas de gran variación de altura. Entre ambos hay dieciséis modelos intermedios, entre ellos el SFS-D1502 con 100 nm de repetibilidad sobre una distancia de referencia de 1,7 mm, útil cuando el espacio sobre la pieza es muy reducido.
Preguntas frecuentes
¿Un sensor confocal puede medir el espesor de un vidrio de una sola pasada?
Sí, siempre que las dos caras devuelvan señal suficiente. El sensor resuelve dos picos espectrales y los convierte en dos distancias; el espesor es la diferencia. El límite práctico aparece cuando el vidrio es muy grueso respecto al rango, o cuando una cara está esmerilada y dispersa la luz en lugar de devolverla.
¿La triangulación láser sirve sobre aluminio anodizado?
Sirve, y suele ser su mejor escenario: la capa anodizada es difusa y estable, sin el deslumbramiento del metal desnudo. El problema aparece en el aluminio mecanizado sin tratar, donde las marcas de herramienta crean reflexiones direccionales que cambian con la orientación de la pieza.
¿Por qué el confocal tiene un rango tan corto comparado con la triangulación?
Porque reparte su espectro sobre el rango: cada longitud de onda tiene que corresponder a una altura distinta dentro de ese intervalo. Un rango mayor obliga a que cada paso de longitud de onda represente más altura, y eso degrada la resolución. La triangulación no tiene ese compromiso porque mide una posición sobre un detector, no una longitud de onda.
¿Puedo usar el mismo controlador para varios sensores?
Depende del modelo de controlador, y es una decisión económica importante cuando la aplicación necesita varias cabezas. En la familia SFS-D los controladores se publican por separado de las cabezas, con distintas capacidades de canal; conviene fijar el número de cabezas antes de elegir el controlador y no al revés.