Que câmara de visão industrial escolher?

Ao escolher uma câmara para um sistema de visão industrial, há vários fatores que importa ponderar. Desde logo, convém ter em conta a aplicação prevista para o equipamento, pois, por exemplo, os requisitos de uma câmara destinada ao controlo da produção serão necessariamente diferentes dos de uma câmara que irá ser usada na orientação de robôs.

Em seguida, há que considerar o espectro de inspeção exigido pela sua aplicação, ou seja, se irá precisar de uma câmara de visão infravermelha, ultravioleta ou de outro tipo.
Terá, depois, de decidir que tipo de sensor de imagem melhor se adequa às suas necessidades: CCD, CMOS, microbolómetro ou FPA.

Por fim, deverá escolher um dos vários interfaces de comunicação existentes no mercado: USB 2.0, USB 3.0, GigE, Camera Link, PoE ou VGA.

A escolha de cada uma destas características técnicas dependerá tanto da aplicação prevista para a câmara, como do montante que deseja investir.

A câmara que escolher deverá ser adequada ao tipo de inspeção que tem em vista. Como tal, a sua prioridade é definir claramente o objeto da inspeção e o tipo de radiação que lhe permitirá obter a informação pretendida. Essa radiação determinará o espectro de inspeção, ou seja, a zona do espectro eletromagnético que a câmara deverá ser capaz de observar. Por exemplo, se o equipamento se destinar à supervisão de processos, convém optar por uma câmara que detete uma vasta zona do espectro visível, enquanto uma câmara para um forno deverá captar um espectro mais restrito na zona da radiação infravermelha.

Existem vários tipos de câmaras capazes de observar diferentes faixas espectrais: câmaras sensíveis unicamente à luz visível, a infravermelhos (que permitem obter imagens térmicas), aos raios X (que atravessam tecidos moles, por exemplo, sendo bastante úteis para a captação de imagens médicas), à radiação ultravioleta (também amplamente utilizadas no diagnóstico por imagem), bem como câmaras multiespectrais (que possuem o mais amplo espectro de inspeção, uma vez que operam em todas as faixas espectrais acima mencionadas).

Por fim, como a câmara irá inspecionar objetos ou processos num ambiente industrial, é necessário pensar em proteger o equipamento e, em particular, os componentes frágeis. Por exemplo, uma câmara destinada a um forno deve ser inserida numa caixa de proteção que lhe permita resistir a temperaturas muito altas.

Existem quatro tipos de sensores de imagem: os sensores CCD, os sensores CMOS, os microbolómetros e os sensores FPA (Focal Plane Array). Para saber qual o que mais lhe convém, deve antes identificar a faixa espectral, ou espectro de inspeção, de que necessita. Por exemplo, os sensores CCD não captam imagens na região infravermelha do espectro. Além disso, a sua escolha será igualmente condicionada pela qualidade pretendida e pelo orçamento de que dispõe.

Os sensores CCD são dispositivos de baixo custo com uma excelente relação qualidade/preço. No entanto, o seu espectro de inspeção situa-se apenas na faixa da luz visível. Além disso, têm ainda como desvantagens uma grande sensibilidade ao ofuscamento e um número de eletrões que aumenta substancialmente com a subida da temperatura, tornando-se por vezes necessário arrefecer os sensores CCD a fim de evitar o ruído térmico. Salienta-se, contudo, que os sensores CCD atuais utilizam uma tecnologia mais avançada que lhes confere uma qualidade superior, próxima da de um sensor CMOS.

Os sensores CCD são muito utilizados em scanners, por exemplo.

De custo mais elevado do que os sensores CCD, os sensores CMOS apresentam diversas vantagens. Em primeiro lugar, a sua qualidade é superior à dos sensores CCD (ainda que a tecnologia usada na última geração de sensores CCD os aproxime dos sensores CMOS). Além disso, são ideais para operar em ambientes de fraca luminosidade. Por último, exibem uma velocidade de leitura superior à da maioria dos sensores CCD, bem como um baixo consumo energético.

Os sensores CMOS rivalizam com os CCD e têm as mesmas aplicações (scanners, laboratórios, monitorização de linhas de acondicionamento e embalagem).

Os microbolómetros são sensores de infravermelhos utilizados exclusivamente em câmaras termográficas. Trata-se de dispositivos leves, com baixo consumo energético e sinal de saída extremamente rápido, mas de preço bastante elevado. Além disso, apresentam menor sensibilidade do que os sensores de imagem térmica com detetor arrefecido, pois o número de eletrões aumenta com a subida da temperatura, tal como nos sensores CCD, o que pode causar problemas de resolução. Salienta-se, todavia, que a tecnologia atual permite ultrapassar em grande parte estes problemas, melhorando consideravelmente o desempenho dos microbolómetros.

Graças às suas pequenas dimensões, peso reduzido e baixo consumo, os sensores microbolómetros podem ser instalados em capacetes de segurança ou em dispositivos móveis.

A principal vantagem dos sensores FPA reside na sua grande sensibilidade e na extraordinária qualidade de imagem. No entanto, a resolução de imagem não é muito alta (geralmente 320×240 píxeis). De grandes dimensões e custo elevado, estes sensores de imagem são utilizados não só para a orientação de armas teleguiadas, como também em câmaras de inspeção e para a captura de imagens espaciais e médicas.

Após ter identificado o tipo de sensor de que necessita, deve escolher um interface de comunicação. Indicamos, em seguida, os principais interfaces que os fabricantes de câmaras disponibilizam, acompanhados das respetivas vantagens e desvantagens:

– USB 2.0: este sistema de baixo custo precisa de ser ligado à câmara por um cabo de até 5 metros. Com uma velocidade teórica de 480 Mbits/s, pode revelar-se pouco fiável no que respeita à transmissão de dados. Foi, em grande parte, substituído, pelo USB 3.0.

– USB 3.0: este interface possui características semelhantes ao USB 2.0, mas apresenta maior velocidade e uma capacidade de transmissão mais fiável.

– CameraLink: de velocidade muito elevada (até 6 Gbits/s), é um interface dispendioso mas ideal para imagens de alta resolução. O comprimento do cabo pode atingir os 10 metros.

– GigE (Giga Ethernet): com uma velocidade que pode alcançar 1 Gbit/s, é um interface de baixo custo e que permite ligar cabos bastante longos até 100 metros.

– PoE (Power Over Ethernet): em termos de velocidade, pode atingir 1 Gbit/s e a sua principal vantagem consiste em ser capaz de fornecer energia à câmara ao mesmo tempo que efetua a comunicação de dados.

– VGA (Video Graphic Array): as placas VGA operam com resoluções na ordem dos 640×480 píxeis e conseguem transmitir até 256 cores. É um interface que está a desaparecer progressivamente do mercado.

O desempenho da câmara depende mais do sensor do que da parte eletrónica do equipamento.

Algumas câmaras apresentam uma boa resolução de imagem, apesar de serem dotadas de sensores de baixa sensibilidade. Precisamente devido à baixa sensibilidade do sensor, quase não produzem ruído térmico.

Outras, pelo contrário, possuem sensores de alta sensibilidade mas, em condições de fraca luminosidade, não conseguem gerar imagens nítidas, com uma boa resolução. A isso acresce a possibilidade de ocorrência de níveis significativos de ruído térmico em consequência da elevada sensibilidade do sensor.

Por último, é preciso não esquecer a importância das objetivas, cuja qualidade óptica, abertura máxima e distância focal desempenham um papel fundamental na qualidade das imagens formadas pelo sensor.

O desempenho das câmaras varia, em grande medida, consoante o preço.

As câmaras inteligentes, também designadas smart cameras, são capazes não só de capturar imagens, mas também de as analisar.

Estas câmaras apresentam diversas vantagens.

Em primeiro lugar, são autónomas, na medida em que efetuam o processamento e a análise de imagens sem que seja necessário ligá-las a um computador.

Além disso, após analisarem as imagens, podem tomar decisões e aplicá-las ao processo que supervisionam através do controlo de automatismos.

Por fim, importa referir que, graças ao seu tamanho compacto, estas câmaras não ocupam muito espaço. São fáceis de instalar nas linhas de produção.

Os sensores de imagem evoluíram bastante nestes últimos anos. A tendência é o aumento quer do número de píxeis, com vista a uma melhor resolução, quer da sensibilidade (sensor de imagem retroiluminado). No caso dos sensores CCD, estes estão cada vez mais eficazes, igualando já os sensores de tecnologia CMOS em muitos aspetos, o que resulta numa melhor resolução de imagem, mas também numa redução do ruído térmico, que persiste apenas aquando do funcionamento em ambientes com pouca luminosidade.

Relativamente aos interfaces de comunicação, a velocidade de transmissão de dados continua a aumentar, tornando possível partilhar imagens de alta resolução ao longo de grandes distâncias, sem perda de qualidade, para aplicações industriais. A tendência para o futuro próximo será a transmissão de dados sem fio, nomeadamente por wi-fi.

Quanto às câmaras inteligentes, podemos encontrá-las nos catálogos de quase todos os fabricantes. Estes equipamentos têm a capacidade de processar imagens, de analisá-las e de controlar diretamente certos automatismos. A crescente autonomia e «inteligência» das câmaras constitui, igualmente, uma forte tendência atual.