Triangulación láser
Triangulación láser — La triangulación láser proyecta una línea o un punto sobre la pieza bajo un ángulo y mide dónde cae la luz reflejada en un detector sensible a la posición, de modo que la distancia se resuelve a partir de la base conocida y la posición observada.
Tiempo de vuelo
Tiempo de vuelo — Un sensor de tiempo de vuelo modula la luz emitida, compara la fase de la señal devuelta con la emitida y convierte ese desfase en distancia, lo que exige suficiente energía reflejada pero no una imagen nítida del punto.
| Mecanismo | Límite a larga distancia | Fallo típico en superficie reflectante | Fallo típico en superficie oscura |
|---|---|---|---|
| Triangulación láser | La magnificación óptica cae con el cuadrado de la distancia y la mancha se desenfoca | El deslumbramiento especular saca la línea del detector y produce picos | Energía de retorno insuficiente, la señal se pierde en el ruido |
| Tiempo de vuelo por fase | La luz ambiental y la potencia emitida, no la óptica | Ecos de trayecto múltiple crean un blanco fantasma más lejano | Bajo contraste: la profundidad de modulación baja del umbral útil |
| Tiempo de vuelo por pulso | El jitter temporal del detector y el frente del pulso | El reflejo de una pared pulida detrás del blanco gana por ser más fuerte | Zona muerta larga, blanco cercano y lejano se fusionan |
| Confocal cromático | Gama de medición muy pequeña por construcción | Casi ninguno: rechaza la mayor parte de la luz fuera de eje | Necesita un retorno definido, una superficie negra mate sigue funcionando |
| Resolución requerida | decide primero el mecanismo |
|---|---|
| Distancia disponible | decide lo segundo |
| Comportamiento óptico de la pieza | decide el modelo dentro del mecanismo |
| Tiempo de ciclo de la máquina | decide muestreo y promediado |
| Sensores vecinos | decide el tratamiento de la diafonía |
- Resolución ilustrativa de un cabezal de triangulación al crecer el rango
- 8 veces peora 4 veces la distancia
- Fuente: Conjunto de datos ilustrativo, no medido.
¿Por qué un sensor de triangulación láser pierde resolución tan deprisa con la distancia?
Porque la geometría es un triángulo: con una base fija, cuanto más lejos está la pieza menos se desplaza la imagen por cada milímetro de desplazamiento real, de modo que un pixel del detector representa una franja de distancia mayor, y además la mancha se desenfoca. La resolución se degrada así casi con el cuadrado de la distancia de trabajo, y por eso un cabezal especificado en pocas micras a 50 mm es un dispositivo de clase milimétrica a 400 mm, por buena que sea su óptica.
¿Pueden dos sensores de tiempo de vuelo vigilar el mismo transportador sin interferirse?
Solo si se controla el acoplamiento. Dos cabezales de fase que emiten a la misma frecuencia y ven el haz del otro informan una distancia intermedia entre los dos blancos, lo que aparece como saltos aleatorios y no como un error estable; la solución es separarlos con diafragmas, alternar la emisión con una línea de sincronismo o usar equipos que salten de frecuencia, y las variantes retrorreflectantes con óptica polarizada reducen aún más el acoplamiento.
¿Qué tecnología lee con fiabilidad una botella transparente?
Ninguna la lee como lee el acero, porque en una superficie transparente lisa una parte del haz se refleja y otra se refracta hacia la pared y el contenido, de modo que el retorno son varias señales a la vez. La triangulación ve un pico doble o triple y el tiempo de vuelo las promedia en un valor sin significado; lo fiable es romper el camino especular con una incidencia de 45 grados y un fondo mate o negro detrás de la botella, o medir el espesor de la pared desde dentro colocando el reflector en el camino del líquido.
Todas las cifras de esta página, incluido el bloque de estadística y la tabla comparativa, son valores de ejemplo de un sitio de demostración. Sustitúyalos por mediciones propias antes de publicar y no cite esta página como especificación.
El mecanismo, porque predice el fallo
Un cabezal de triangulación es una cámara que mira una línea láser a través de un ángulo conocido. La electrónica busca el centro de esa línea en la imagen capturada y convierte su posición vertical en distancia usando la base y el ángulo. Todo lo que el sensor puede hacer se deriva de ahí: necesita una línea brillante detectable y localizable. Una superficie especular refleja la línea fuera del objetivo, así que la línea desaparece o salta a otra zona del campo, y el sensor entrega un pico en lugar de un error. Por eso una escuadra pulida puede dar lecturas fuera del rango de medición mientras que la misma pieza pintada es estable.
Un cabezal de tiempo de vuelo por fase no es un sistema de imagen en el mismo sentido. Inunda la pieza con luz cuya amplitud oscila y mide cuánto se ha retardado la onda devuelta comparando fases. Ese retardo es una medición de distancia real, pero solo si la modulación devuelta es bastante fuerte para merecer confianza, de modo que el indicador útil en estos cabezales es la amplitud de señal o el margen de modulación, no una foto de la mancha. Las superficies oscuras, mates y de baja albedo se comen la amplitud, y la lectura se vuelve ruidosa mucho antes del límite nominal de alcance.
La consecuencia para la selección es que las dos tecnologías fallan en direcciones distintas: la triangulación falla cuando cambia el comportamiento óptico de la superficie, y el tiempo de vuelo falla cuando cae la energía de retorno. Cuál tolera mejor su proceso depende de la línea, y un interior de máquina brillante con palets oscuros es el caso en que ambas van justas.
Alcance, apertura y la ley del cuadrado
La resolución de un cabezal de triangulación se cita en el centro del rango, a su distancia óptima y con una diana blanca mate. Dos efectos la erosionan en cuanto crece la geometría: el desplazamiento de imagen por unidad de desplazamiento real se reduce porque el triángulo se aplana, y la profundidad de campo no crece con él, de modo que el borde de la mancha se ablanda. La regla práctica es que la resolución se degrada más deprisa que linealmente con la distancia —cerca del cuadrado más allá del punto de diseño—, y esa es la razón de que existan cientos de variantes de rango estrecho. Especificar más alcance «por margen» compra robustez en una dimensión y gasta en silencio resolución en la otra.
La apertura compra profundidad de campo a costa de luz y de difracción, así que un cabezal ajustado para mucha profundidad de campo pierde margen de señal sobre piezas oscuras. Si la tolerancia del plano exige la resolución, elija el rango más corto que quepa en el envolvente mecánico y verifique la resolución sobre las piezas reales, no sobre la diana de la ficha.
Trayecto múltiple, luz ambiental y cabezales vecinos
En una medición de fase por tiempo de vuelo, cualquier camino más largo que el directo es una mentira. Dentro de un carter de acero inoxidable el haz puede rebotar en una pared curva y volver después del eco de la pieza, y el receptor mezcla ambas ondas en una fase que no corresponde a ninguna de las dos. La firma clásica es una lectura que salta a una distancia mayor y fija siempre que está presente cierta puerta o cierta tolva. Las contramedidas son geométricas: hacer que la primera reflexión caiga fuera del campo del receptor, opacar una superficie brillante próxima con cinta mate o anodizado negro, y no dejar nunca que el sensor vea un rincón que lo mira de frente.
La luz ambiental añade un pedestal de continua que reduce el contraste de modulación, y las fuentes pulsadas como flashes o la luz solar por un tragaluz son mucho peores que la luz incandescente estable, porque modulan el fondo en frecuencias que el sensor no puede rechazar. La luz solar contiene mucho infrarrojo y eleva el pedestal más que cualquier lámpara, de ahí que una aplicación exterior o bajo cubierta translúcida necesite caperuza, un campo de visión más estrecho o un cabezal láser modulado con filtro de banda.
Los cabezales vecinos son el tercer acoplamiento. La regla práctica: los cabezales que ven el emisor del otro, o ven la misma superficie brillante, necesitan sincronismo o separación. Es uno de los fallos de puesta en marcha más frecuentes en una línea de varios carriles, y se manifiesta como un sensor que funciona solo y se vuelve loco en cuanto corre el carril contiguo.
Elegir entre las dos
Redúzcalo a tres preguntas. Primera, qué resolución exige la tolerancia del plano y a qué distancia: si la respuesta son micras, la distancia de trabajo debe ser corta y solo queda la familia de triangulación o confocal. Segunda, ¿es constante el comportamiento óptico de la pieza? Si por la misma línea pasan piezas pintadas, mecanizadas y con aceite, la triangulación necesita una geometría de referencia fija, una comprobación de validez basada en amplitud, o una tecnología tolerante a la reflectancia. Tercera, qué ocurre alrededor del sensor: iluminación con flash, acero en movimiento, otros cabezales. Cada uno empuja la elección hacia un lado, y la respuesta suele verse antes en la traza de amplitud de señal que en los errores de salida.