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Qué cámara de visión industrial elegir

Las cámaras se utilizan para capturar imágenes de un objeto o lugar destinadas a aplicaciones de imagenología, como por ejemplo la visión o la automatización industriales. Las cámaras son dispositivos de imagenología que interactúan con las lentes. Las cámaras incluyen sensores diseñados para interpretar la luz que reciben las lentes. Existen muchos formatos de sensores de imagen, tales como los sensores CCD o CMOS, adecuados para casi cualquier aplicación de imagenología. Se utilizan sobre todo en el control de la producción, la gestión de flujo de objetos y la microscopia. En esta guía no incluye las cámaras de vigilancia, que se tratarán por separado.

Ver cámaras de visión industrial

  • ¿Cómo elegir una cámara de visión industrial?

    Cámara de visión industrial de la empresa IDS
    Cámara de visión industrial de la empresa IDS

    Habrá que tener en cuenta varios factores antes de elegir una cámara de visión industrial. En primer lugar, es importante asegurarse de que las funciones de la cámara correspondan a la aplicación a la que se destinará. Una cámara para el control de producción no tendrá las mismas características que una cámara para el guiado de un robot.

    También habrá que considerar el espectro de inspección necesario: ¿visión infrarroja, ultravioleta o de otro tipo?
    Además, será necesario decantarse por uno de los diferentes tipos de sensores de imagen: sensores CCD, sensores CMOS, microbolómetros o sensores FPA.

    Por último, será esencial elegir la interfaz de comunicación correcta entre las muchas interfaces que existen: USB 2.0, USB 3.0, GigE, Camera Link, PoE y VGA.

    La elección de cada una de estas características dependerá tanto de la aplicación como del presupuesto.

    Puntos por considerar antes de elegir una cámara de visión industrial

    • Tipo de aplicación.
    • Espectro de inspección.
    • Sensor de imagen.
    • Interfaz de comunicación.
  • ¿Cuál es el propósito del control?

    Cámara de infrarrojos de la empresa Lumasence
    Cámara de infrarrojos de la empresa Lumasence

    La cámara de visión industrial deberá corresponder al control que se desee realizar. Por lo tanto, la prioridad es definir claramente el propósito de dicho control y el tipo de radiación para extraer de manera óptima la información que está buscando. Esta radiación determinará el espectro de inspección que permitirá a la cámara trabajar. Por ejemplo, si su cámara se utiliza para la supervisión de un proceso, probablemente será necesario un espectro de inspección visible bastante amplio, mientras que una cámara para horno requerirá un espectro infrarrojo más restringido.

    Existen varios tipos de cámaras con diferentes espectros de observación: cámaras sensibles solo a lo visible, de infrarrojos —que permiten la visión térmica—, de rayos X —para atravesar cuerpos blandos y, por tanto, muy útiles para la imagenología médica—, de ultravioletas —muy utilizadas igualmente en la imagenología médica— y las cámaras multiespectrales —que disponen del espectro de inspección más amplio al incluir todos los demás tipos de espectros—.

    Por último, dado que los objetos y procesos pertenecen al ámbito industrial, habrá que pensar también en la integración de la cámara —y en la protección de los elementos frágiles—. De este modo, una cámara para horno se colocará dentro de una carcasa protectora y poder resistir así temperaturas muy altas.

    Puntos por considerar dependiendo del propósito del control

    • Radiación más adecuada.
    • Espectro de inspección de la cámara.
    • Integración de la cámara en el entorno industrial.
    • Interfaz de comunicación.
  • ¿Qué sensor de imagen se debe utilizar en la cámara?

    Sensor de imagen CMOS de la empresa Teledyne
    Sensor de imagen CMOS de la empresa Teledyne

    Existen cuatro tipos de sensores de imagen: sensores CCD, sensores CMOS, microbolómetros y sensores FPA (Focal Plane Array). Para encontrar el sensor adecuado, es importante definir de antemano el espectro de inspección necesario. Par ejemplo, un sensor CCD no podrá utilizar la visión infrarroja. Por último, la elección también estará determinada por la calidad de los resultados y el presupuesto disponible.

    tipos de sensores de imagen

    • CCD.
    • CMOS.
    • FPA.
    • Microbolómetro.
  • ¿En qué casos elegir un sensor CCD?

    Sensor de imagen CCD de la empresa Teledyne
    Sensor de imagen CCD de la empresa Teledyne

    Los sensores CCD son económicos. Por lo tanto, una de sus ventajas es la excelente relación calidad/precio. Sin embargo, su espectro de inspección corresponde solo al espectro visible. Además, tienen la desventaja de ser muy sensibles al resplandor y de tener un número de electrones parásitos que aumenta bruscamente con la temperatura. Por ello, a veces es necesario enfriar los sensores CCD para evitar el ruido térmico. Sin embargo, no hay que olvidar que los sensores CCD modernos disponen de una tecnología más avanzada que les permite obtener una mayor calidad, similar a la de un sensor CMOS.

    Los sensores CCD se utilizan ampliamente en los escáneres, por ejemplo.

    ventajas/desventajas

    +++ Relación calidad/precio.
    – – –  Solo sensibles a lo visible.
    – – –  Sensibles al deslumbramiento.
    – – –  Ruido sensible a la temperatura.

  • ¿En qué casos elegir un sensor CMOS?

    Sensor de imagen CMOS de la empresa Photon Focus
    Sensor de imagen CMOS de la empresa Photon Focus

    Los sensores CMOS presentan numerosas ventajas, pero son más caros que los sensores CCD. En primer lugar, su calidad es superior a la de los sensores CCD —aunque la tecnología de última generación de estos los acerca a los sensores CMOS—. Además, pueden ver con bajos niveles de luz. La oscuridad no supondrá, por lo tanto, ningún problema. Por último, tienen una mayor velocidad de lectura que la mayoría de los sensores CCD, así como un bajo coste energético.

    Los sensores CMOS compiten con los sensores CCD y se utilizan para los mismos fines (en escáneres, laboratorios o en el control de líneas de envasado).

    ventajas/desventajas

    +++ Mayor calidad.
    +++ Sensibles a los infrarrojos.
    +++ Resistencia al deslumbramiento.
    +++ Velocidad de lectura.
    +++ Bajo consumo energético.
    – – –  Precio elevado.

  • ¿En qué casos elegir un microbolómetro?

    Cámara con microbolómetro de la empresa Chauvin Arnoux
    Cámara con microbolómetro de la empresa Chauvin Arnoux

    Los microbolómetros se utilizan únicamente para cámaras térmicas y detectan las radiaciones infrarrojas. Además de ser ligeros, los microbolómetros presentan un bajo coste energético y permiten sus comunicaciones de salida son extremadamente rápidas. Si bien, son muy caros. Además, son menos sensibles que los sensores térmicos enfriados porque, al igual que los sensores CCD, el número de electrones parásitos aumenta con la temperatura. Como resultado, pueden plantearse problemas de resolución. Sin olvidar, sin embargo, que la tecnología actual tiende a resolver estos problemas, haciendo que los microbolómetros sean más eficientes.

    Gracias a su liviandad, a sus dimensiones reducidas y a su bajo consumo energético, los microbolómetros pueden montarse en cascos de seguridad industrial o en dispositivos portátiles.

    ventajas

    • Velocidad de lectura.
    • Bajo consumo energético.
    • Liviandad.

    DESVENTAJAS

    • Precio elevado.
    •  Sensibilidad infrarroja únicamente.
    • Sensibilidad al ruido térmico.
  • ¿En qué casos elegir un sensor FPA?

    Sensor de imagen FPA de la empresa Teledyne
    Sensor de imagen FPA de la empresa Teledyne

    La principal ventaja de los sensores FPA es su alta sensibilidad y su excepcional calidad de imagen. No obstante, las dimensiones no son muy grandes —320×240 píxeles por lo general—. Estos sensores se caracterizan por sus grandes dimensiones y su precio elevado y se utilizan tanto en el guiado de armas como en cámaras de inspección, y también en la imagenología espacial y médica.

    ventajas/desventajas

    +++ Sensibilidad muy elevada.
    +++ Calidad de imagen excepcional.
    – – –  Precio muy elevado.
    – – – Baja resolución de imagen.
    – – – Sensores de grandes dimensiones.

  • ¿Qué interfaz de comunicación utilizar?

    Conexión de camera industrial de la empresa Vision Research
    Conexión de camera industrial de la empresa Vision Research

    Después de determinar el tipo de sensor, habrá elegir la interfaz de comunicación. Principales interfaces de comunicación que ofrecen los fabricantes de cámaras. Cada una tiene sus ventajas y desventajas:

    – USB 2.0: este económico sistema requiere un cable (de hasta 5 metros) para conectarse a la cámara. Con un rendimiento teórico de hasta 480 Mbps, este sistema puede, sin embargo, ser poco fiable en la transmisión de datos. Se ha visto destronado por el USB 3.0

    – USB 3.0: esta interfaz tiene características similares al USB 2.0, aunque con un mejor rendimiento y una transmisión más fiable.

    – CameraLink: esta interfaz de comunicación, con un rendimiento muy alto (hasta 6 Gbits/s) y un precio mucho más elevado, es perfecta para altas resoluciones. La longitud del cable puede alcanzar los 10 metros.

    – GigaE —o Gigabit Ethernet—: esta interfaz de comunicación, con una velocidad de transmisión de datos de hasta 1 Gbit/s y más económica, es idónea en caso de necesitar grandes longitudes de cable —de hasta 100 metros—.

    – PoE (o Power over Ethernet): esta tecnología puede alcanzar velocidades de hasta 1 Gbit/s y su principal ventaja es que pueden suministrar energía a la cámara al mismo tiempo que se produce la comunicación de datos.

    – VGA (Video Graphic Array): las tarjetas VGA tienen en cuenta dimensiones de 640×480. Pueden transmitir hasta 256 colores. Esta interfaz tiende a desaparecer.

    Resumen de las interfaces de comunicación disponibles

    • USB 2 & 3.
    • Camera Link.
    • GigE.
    • PoE.
    • VGA.
    • FireWire.
    • PAL/NTSC.
  • ¿Cuántos megapíxeles se necesitan?

    Cámara industrial de 12 magapíxeles de la empresa Baumer
    Cámara industrial de 12 magapíxeles de la empresa Baumer

    Cuanto más sensible sea una cámara, más legibles serán las imágenes que obtenga, incluso con poca luz. Así pues, la calidad de la imagen depende de la sensibilidad de la cámara y de la resolución de la imagen. Cuanto mayor sea el número de megapíxeles, más nítida y precisa será la imagen. En caso de querer observar detalles precisos, se aconseja utilizar una cámara con una resolución superior a 1 megapíxel. También hay que tener en cuenta que el formato H.264 ofrece un altísimo rendimiento.

    Las cámaras megapíxel se han vuelto muy comunes y asequibles hoy en día.

  • ¿Cuáles son las principales aplicaciones de una cámara de visión industrial?

    Cámara de visión industrial de la empresa Microscan
    Cámara de visión industrial de la empresa Microscan

    Les cámaras de visión industrial pueden presentar aplicaciones muy variadas. Pueden utilizarse para el control de la producción, la gestión del flujo de objetos, la inspección de superficies —para ello, la cámara debe montarse en un microscopio—, la fabricación de componentes electrónicos o el guiado de robots. Para cada aplicación, existe un tipo de cámara más adecuado que otro.

    Por ejemplo, para controlar el flujo de producción de una línea de envasado, solo se necesita una cámara CCD, lo que supone una inversión de bajo coste. En este caso, habrá que atender sobre todo a la velocidad en fotogramas de la cámara (FPS) y a la resolución (cámara megapíxel). Las cámaras CCD pueden utilizarse en casi las mismas aplicaciones quelas cámaras CMOS, aunque estas son más caras.

    La altísima precisión de las cámaras FPA permite su uso tanto en el guiado como en la imagenología médica.

    En caso de necesitar una cámara de identificación y medición de flujos térmicos, se aconseja recurrir a una cámara de microbolómetro.

  • ¿Qué nivel de rendimiento se puede alcanzar con una cámara?

    Cámara industrial de la empresa Machine Vision Plus
    Cámara industrial de la empresa Machine Vision Plus

    En una cámara, la electrónica tiene menos influencia en el rendimiento que el propio sensor.

    Algunas cámaras pueden tener una buena resolución de imagen con una sensibilidad de sensor baja y presentar, por lo tanto, un ruido térmico reducido.

    Por el contrario, otras cámaras requerirán una alta sensibilidad para producir imágenes visibles en condiciones de poca luz, sin que la resolución sea excepcional, y con un alto riesgo de ruido térmico como consecuencia de la alta sensibilidad del sensor.

    Por último, no hay que olvidar la importancia de los objetivos acoplados a la cámara. La calidad de las imágenes formadas en el sensor depende directamente de la calidad óptica, la apertura máxima y la distancia focal.

    El rendimiento de una cámara depende en gran medida de su precio.

    FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE UNA CÁMARA

    • Sensibilidad —expresada en ISO—.
    • Resolución —expresada en píxeles—.
    • Velocidad —expresada en fotogramas por segundo, o FPS—.
    • Ruido técnico —proveniente del sensor—.
    • Dimensiones.
  • ¿Qué es una cámara inteligente, o smart camera?

    Cámara inteligente de la empresa EVT
    Cámara inteligente de la empresa EVT

    Una cámara inteligente, también llamada smart camera, es una cámara que puede capturar e interpretar imágenes a la vez. Estas cámaras presentan varias ventajas. En primer lugar, son autónomas en el procesamiento de imágenes y su interpretación —no es necesario conectarlas a un ordenador—. Además, después de interpretar las imágenes, pueden controlar sistemas de automatización para realizar acciones durante el proceso que están controlando. Por último, estas cámaras son muy compactas y no ocupan mucho espacio. Pueden instalarse fácilmente en líneas de producción.

    Ventajas de una cámara inteligente:

    • Autonomía —inteligencia integrada—.
    • Tratamiento des imágenes.
    • Interpretación de imágenes.
    • Control digital de sistemas de automatización.
    • Dimensiones reducidas.
    • Fácil instalación.
  • Tendencias

    Cámara de visión industrial de la empresa Kappa
    Cámara de visión industrial de la empresa Kappa

    En primer lugar, los sensores de imagen han avanzado mucho durante los últimos años. La tendencia es disponer paulatinamente de más píxeles para obtener mayor resolución, y también de una mayor sensibilidad —sensores de imagen retroiluminados—. Con respecto a la tecnología CCD, los sensores son cada vez más eficientes y ahora comparten cada vez más características con los sensores de tecnología CMOS. Esto resulta en una mejor resolución de imagen, pero también en una limitación del ruido térmico con bajos niveles de luz.

    En lo que respecta a las interfaces de comunicación, están siendo cada vez más rápidas en la transmisión de datos. Esto permite compartir imágenes de alta resolución a largas distancias sin pérdida de calidad y sin salir del entorno industrial. La tendencia para los próximos años es la transmisión de datos de forma inalámbrica, sobre todo a través de wifi.

    Por último, casi todos los fabricantes presentan cámaras inteligentes en sus catálogos. Son capaces de procesar imágenes, interpretarlas y controlar directamente la automatización. Esta fuerte tendencia da hoy cada vez más autonomía e inteligencia a las cámaras.

    ÚLTIMAS TENDENCIAS DE LAS CÁMARAS

    • Alta resolución.
    • Alta sensibilidad.
    • Comunicaciones más rápidas.
    • Inteligencia incorporada.
    • Autonomía.
    • Miniaturización.
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