Qué cámara de visión industrial elegir

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.