Metrología y calibración

Dimensional measurement

Reportar un número frente a un plano es una tarea distinta a encontrar un defecto.

Distancias, diámetros, ángulos y huecos, medidos en cada pieza en lugar de en una muestra. Qué determina si el número es confiable, y cuándo la tolerancia implica que se necesita óptica telecéntrica.

Non-contact
nada toca la pieza
100%
cada pieza, no una muestra
In-line
al ritmo de producción, sin estación de calibre
Part lit from behind producing a high contrast silhouette with clean measurable edges

¿Qué es la medición dimensional por visión?

Medir una característica a partir de una imagen y reportarla como un número real frente a una tolerancia de plano. A diferencia de la detección de defectos, la salida es un valor y no un veredicto, lo que significa que la calibración y la óptica determinan si es confiable mucho antes de que lo haga el software.

Qué mide

Seis mediciones que cubren la mayoría de las líneas

Distance

Entre dos bordes, dos características, o una característica y un datum. La medición más común en una línea, y la que más se especifica como hueco.

Diámetro y radio

En orificios, taladros, pines y esquinas redondeadas. Se ajusta a partir del arco detectado en lugar de dos puntos opuestos, por lo que tolera un borde parcialmente oculto.

Angle

Entre dos bordes o dos líneas construidas. Ángulos de doblez, biseles y la escuadría de una característica formada.

Position

La ubicación de una característica respecto a un datum. La posición de un pin en un conector, la ubicación de un orificio en una pieza estampada, la colocación de la impresión en una etiqueta.

Hueco y enrase

La separación y el escalón entre dos piezas ensambladas. Un requisito de apariencia en las molduras y uno funcional en las juntas.

Ancho y largo

Envolvente general de la pieza, ancho de extrusión, longitud de corte en material continuo. A menudo, la verificación que detecta primero un problema de herramental.

Las partes difíciles

Cuatro factores que determinan si el número es real

La medición falla de forma distinta a la detección. Una detección o encuentra el defecto o no lo encuentra. Una medición puede estar equivocada con total confianza, lo cual es peor.

Diagram of a standard lens field of view widening with distance, the source of perspective error in measurement
El campo de visión de un objetivo estándar se ensancha con la distancia. Ese ensanchamiento es el error de perspectiva que una lente telecéntrica elimina, y en una tolerancia estrecha es el argumento decisivo.

El error de perspectiva es error de medición

Un objetivo estándar registra una pieza que está 2 mm más alta como ligeramente más grande, y ve las características alejadas del centro un poco de lado. Esa variación depende de dónde haya quedado la pieza, por lo que ninguna calibración la elimina. Cuando consume parte de la tolerancia, la óptica telecéntrica es la solución, no un lujo.

La tolerancia debe definirse primero

La visión artificial puede medir con una fracción de píxel de precisión, pero nada le dirá qué es aceptable. Definir la tolerancia del plano antes de diseñar el sistema es lo que convierte la óptica en un cálculo en lugar de una suposición, y evita el descubrimiento mucho más costoso de que la estación no puede sostener un número que nadie acordó.

Los bordes no son infinitamente nítidos

Un borde real ocupa varios píxeles, y dónde se sitúa exactamente el límite depende tanto de la iluminación como de la geometría. La iluminación frontal sobre un borde redondeado desplaza el borde aparente según el ángulo de iluminación. La retroiluminación produce una silueta cuyo borde cae siempre en el mismo lugar, por lo que es la opción predeterminada para la medición.

La repetibilidad importa más que la exactitud

Una estación que es correcta en promedio pero que dispersa de una pieza a otra no se puede usar para tomar decisiones de disposición. La repetibilidad es lo que mide un estudio de calibre, y es razonable exigirla a un sistema de visión antes de que controle la producción, no después.

Cómo especificarla

  1. Defina la tolerancia a partir del plano. No "lo más exacto posible". Un número, con su más y su menos.
  2. Decida si está midiendo o detectando. Si basta con un veredicto de aprobado o rechazado, está detectando, y la óptica resulta mucho más económica.
  3. Calcule los píxeles necesarios a lo largo de la característica, de modo que la incertidumbre se mantenga como una pequeña fracción de la tolerancia, y a partir de ahí determine el campo de visión y el objetivo. Nuestras calculadoras de óptica hacen esto tanto para las opciones estándar como para las telecéntricas.
  4. Estime la altura de la pieza y la variación de asentamiento, y compruebe si el error de perspectiva resultante cabe dentro de la tolerancia. Si no es así, presupueste óptica telecéntrica.
  5. Acuerde cómo se va a verificar. Un estudio de repetibilidad con piezas reales, antes de que la estación controle la producción.
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FAQ

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre medición y detección de defectos?

Responden a preguntas distintas y se especifican de forma distinta. La detección de defectos pregunta si hay algo presente que no debería estar: un rayón, una grieta, contaminación. La medición pregunta qué tan grande es algo, y reporta un número frente a una tolerancia de plano. La distinción importa comercialmente porque la medición es la más exigente de las dos. Necesita calibración, necesita óptica que no introduzca error, y necesita que el número sea repetible. Especificar medición cuando en realidad se necesita detección es una de las formas más comunes de sobrecomprar una inspección.

¿Qué nivel de exactitud puede alcanzar la medición por visión?

La exactitud depende de cuántos píxeles caen sobre la característica y de si la óptica introduce error de perspectiva, por lo que una cifra aislada, sin indicar el campo de visión, no tiene sentido. La forma útil de especificarla es al revés, partiendo del plano: se define la tolerancia, y el campo de visión y la óptica necesarios para sostenerla se derivan de un cálculo aritmético. Como regla general, la incertidumbre de medición no debería consumir más de una décima parte de la banda de tolerancia, la misma disciplina que se aplica a cualquier otro instrumento de medición.

¿Necesito una lente telecéntrica para medir?

Se necesita una cuando el error de perspectiva consumiría una parte significativa de la tolerancia. Un objetivo estándar tiene un cono de visión que se ensancha con la distancia, por lo que una pieza situada ligeramente más alta se ve ligeramente más grande, y las características alejadas del centro se ven un poco de lado. Si la pieza tiene una altura real, si la característica está alejada del centro de la imagen, o si el asentamiento varía, ese error es error de medición que no se puede eliminar mediante calibración. Cuando la pieza es plana, está bien fijada y la tolerancia es generosa, un objetivo estándar es la respuesta correcta y mucho más económica.

¿Cómo pasa un sistema de visión de píxeles a milímetros?

Mediante calibración. Al sistema se le muestra una distancia conocida y a partir de ella deriva una escala de píxeles por unidad, o la escala se calcula a partir de la magnificación del objetivo y las dimensiones del sensor. Todo lo que viene después depende de ese paso, por lo que la calibración debe registrarse, ser repetible y volver a verificarse, en lugar de hacerse una sola vez durante la puesta en marcha y olvidarse. Una calibración que se desvía convierte cada medición en un número erróneo pero presentado con confianza.

¿Puede la visión artificial sustituir a una CMM o a un calibre?

Para las características adecuadas, sí, y con dos ventajas: no requiere contacto y mide cada pieza en lugar de una muestra. Donde no sustituye a una CMM es en la geometría tridimensional real, en características internas profundas, o en exactitudes que necesitan un entorno de metrología controlado. Una división razonable es que la visión artificial mida en línea el cien por ciento de la producción, mientras la CMM se reserva para la verificación periódica y para las características que la visión no puede alcanzar.

¿La medición funciona en piezas que se mueven o que no están fijadas?

El movimiento se maneja congelándolo, ya sea con una exposición corta y suficiente luz, o con un sensor de obturador global, porque un obturador rodante distorsiona una pieza en movimiento, y esa distorsión en una medición es error sistemático, no ruido. La fijación deficiente es el problema más difícil: si la pieza queda en una posición distinta cada vez, tanto su posición como su tamaño aparente cambian. La alineación resuelve la posición, pero la variación de altura necesita una mejor fijación o una óptica telecéntrica que haga que la magnificación sea independiente de la distancia.

Tráiganos una tolerancia

Describa la característica y el número que debe cumplir. Obtendrá la óptica y una respuesta honesta sobre si es medible, antes de que nadie le hable de hardware.