Obturador global vs obturador rodante: cuál necesita su inspección

El tipo de obturador es una línea de la ficha técnica que decide en silencio si una inspección funciona. No es un ranking de calidad, y el sensor más caro suele ser el rodante. Es una pregunta sobre si su pieza se está moviendo cuando se toma la imagen.

La diferencia mecánica

Obturador global

Todos los píxeles del sensor empiezan y terminan de captar luz en el mismo instante. El fotograma es una única instantánea en el tiempo, así que lo que estuviera haciendo la pieza, toda ella lo hacía en el mismo momento.

Obturador rodante

El sensor se lee fila por fila, de arriba abajo. La parte inferior del fotograma se captura una fracción de segundo después de la superior. En una pieza quieta eso es irrelevante. En una en movimiento, cada fila ve la pieza en un lugar ligeramente distinto.

Ese retardo entre filas lo explica todo. Produce inclinación: una pieza que atraviesa el campo de visión se registra ladeada, porque cuando el sensor llegó a las filas inferiores la pieza ya se había desplazado. Un rectángulo se convierte en paralelogramo, un agujero circular en elipse y un borde recto en uno inclinado.

Esto importa más de lo que parece. La inclinación no es ruido que se promedie. Es un error geométrico sistemático cuyo tamaño depende de la velocidad de la pieza, lo que significa que la misma pieza mide distinto a distintas velocidades de línea.

El obturador rodante no es el mismo problema que el desenfoque por movimiento

Se confunden constantemente, y la solución de uno no resuelve el otro.

Desenfoque por movimiento

La pieza se movió durante una sola exposición, así que sus bordes se difuminan. Lo sufren ambos tipos de obturador. La solución es una exposición más corta, lo que exige más luz.

Inclinación por obturador rodante

La pieza se movió entre la lectura de las filas superiores y las inferiores. Solo lo sufren los obturadores rodantes. Una exposición más corta no lo corrige, porque la lectura sigue tardando lo que tarda. Cada fila puede estar perfectamente nítida y el fotograma seguir siendo geométricamente incorrecto.

Así que en una línea en movimiento hay dos problemas distintos que resolver. La exposición se ocupa del desenfoque. El tipo de obturador, o un estrobo, se ocupa de la inclinación.

La excepción del estrobo

Se puede hacer que un obturador rodante se comporte como uno global, y el truco es controlar la luz en lugar del sensor. Abra el obturador en un recinto oscuro, dispare un destello muy corto de alta intensidad y luego complete la lectura. La pieza solo queda iluminada durante el destello, así que todas las filas registran el mismo instante sin importar cuándo se leyeron.

Funciona bien y es habitual. Tiene condiciones:

La estación debe estar lo bastante oscura para que la luz ambiente no aporte nada durante la lectura, lo que normalmente implica cerrarla.
Necesita un controlador de estrobo y una luz capaz de esa intensidad, así que la iluminación ya no es un simple anillo siempre encendido.
El destello debe sincronizarse con el disparo y con la lectura, lo que es una cosa más que poner en marcha y una cosa más que puede desajustarse.

Como referencia aproximada, nuestras propias cámaras ilustran el compromiso: la OV80i usa obturador rodante con 16 ms de exposición sin estrobo, y unos 10 microsegundos con él. Son tres órdenes de magnitud, y es la diferencia entre un sensor que no puede inspeccionar una pieza en movimiento y uno que sí.

Cómo decidir

Responda primero una pregunta: ¿se está moviendo la pieza en el momento de la captura?

Situación	Elija
La pieza avanza por pasos y se detiene frente a la cámara	Cualquiera. El tipo de obturador deja de importar cuando nada se mueve, así que elija por resolución.
La pieza avanza de forma continua en una cinta	Obturador global, o rodante con estrobo en una estación cerrada.
Está reportando una dimensión de una pieza en movimiento	Obturador global. La inclinación es error de medición y crece con la velocidad de línea.
La cámara va en un brazo robótico	Obturador global, salvo que el brazo se estabilice por completo antes de la captura.
Banda continua, bobina o lámina	Obturador global, o una cámara de barrido lineal, que evita la cuestión por diseño.
Necesita resolución muy alta y la pieza puede detenerse	El obturador rodante es razonable. Los sensores de alta resolución suelen ser rodantes, y detener la pieza elimina el inconveniente.

Un caso práctico. Las grietas en pasta sobre una cinta en movimiento suponen movimiento continuo, forma orgánica y defecto fino. Esa combinación pide obturador global, porque en un producto irregular la inclinación es imposible de distinguir de que el producto sea realmente irregular. Nuestro propio despliegue en esa aplicación usó la OV20i, que es de obturador global.

Captura de inspección de pasta agrietada avanzando en una cinta, con las piezas defectuosas marcadas — Detección de grietas en pasta que avanza por una cinta. En un producto naturalmente irregular, la distorsión geométrica y un defecto real se parecen.

Qué comprobar en una ficha técnica

Que el tipo de obturador esté indicado con claridad. Si no lo está, asuma rodante, porque el global es la característica que un proveedor anuncia.
El tiempo mínimo de exposición, con y sin estrobo si el sensor es rodante. La diferencia entre esos dos números le dice cuánto está haciendo el estrobo.
Si existe una entrada de disparo por hardware. La temporización por software se desajusta, y en una línea rápida ese desajuste es el defecto entero.
Una tasa de fotogramas con margen sobre la de su línea, incluyendo el tiempo de decidir y actuar, no solo de capturar.

Nuestras calculadoras de óptica incluyen una calculadora de velocidad máxima de pieza que toma su tolerancia al desenfoque y el tiempo de exposición disponible, con y sin estrobo, y devuelve la velocidad máxima a la que puede ir la línea manteniendo la imagen utilizable. La guía de cámaras industriales cubre el resto de la decisión de sensor, y la iluminación es inseparable de esta, así que nuestro artículo sobre iluminación para visión artificial conviene leerlo junto a este. Para la estación completa en lugar de la cámara, vea sistemas de visión artificial.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un obturador global y uno rodante?

Un obturador global expone todos los píxeles del sensor en el mismo instante, así que el fotograma es una única instantánea en el tiempo. Un obturador rodante lee el sensor fila por fila, así que la parte inferior de la imagen se captura algo después que la superior. En una pieza estática la diferencia es irrelevante. En una pieza en movimiento, el retardo entre filas registra cada fila con la pieza en otra posición, lo que deforma la geometría de la imagen.

¿Por qué un obturador rodante deforma las piezas en movimiento?

Porque la pieza sigue moviéndose mientras el sensor se lee de arriba abajo. Cuando se leen las filas inferiores la pieza ya ha avanzado, así que un rectángulo se registra como paralelogramo, un agujero redondo como elipse y un borde recto como inclinado. El tamaño del error crece con la velocidad de la pieza, lo que significa que la misma pieza mide distinto a distintas velocidades de línea.

¿La inclinación por obturador rodante es lo mismo que el desenfoque por movimiento?

No, y requieren soluciones distintas. El desenfoque por movimiento es un difuminado porque la pieza se movió durante una sola exposición, afecta a ambos tipos de obturador y se corrige con una exposición más corta. La inclinación por obturador rodante es distorsión geométrica porque la pieza se movió entre la lectura de la primera y la última fila. Una exposición más corta no la corrige, ya que la lectura sigue tardando lo que tarda. Todas las filas pueden estar perfectamente nítidas y el fotograma seguir teniendo la forma equivocada.

¿Puede un estrobo hacer que un obturador rodante funcione en una línea en movimiento?

Sí, y es un enfoque habitual. En una estación cerrada y oscura, un destello muy corto de alta intensidad ilumina la pieza durante una fracción de la lectura, así que todas las filas registran el mismo instante sin importar cuándo se leyeron. Las condiciones son que la luz ambiente no aporte nada durante la lectura, que necesite un controlador de estrobo y una luz capaz de esa intensidad, y que el destello esté sincronizado con el disparo. Como orden de magnitud, un sensor de obturador rodante podría necesitar 16 ms de exposición sin estrobo y unos 10 microsegundos con él.

¿Qué tipo de obturador debo usar para inspección?

Si la pieza avanza por pasos y se detiene frente a la cámara, sirve cualquiera y debería elegir por resolución. Si la pieza se mueve de forma continua, si está reportando una dimensión de una pieza en movimiento, si la cámara va en un brazo robótico o si inspecciona una banda continua, use obturador global, o rodante con estrobo en una estación cerrada. El rodante es razonable cuando necesita resolución muy alta y puede detener la pieza, ya que los sensores de alta resolución suelen ser rodantes.

¿Siempre necesito obturador global para inspección en planta?

No, pero la mayoría de los objetos en planta están en movimiento, así que el obturador global es el valor por defecto más seguro. La pregunta que lo decide es si la pieza se mueve en el momento de la captura, no si la aplicación es industrial. Una pieza en un utillaje que se detiene por completo elimina la preocupación del todo.

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Envíenos una foto de su pieza o defecto y un ingeniero de visión le dirá si Overview puede detectarlo, con la mayoría de los sistemas funcionando en la línea en días.

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