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Cómo funcionan los sensores de desplazamiento láser

Los sensores de desplazamiento láser, llamados punteros láser, miden un único punto a través de reflejos triangulares. Por otro lado, los perfiladores láser miden una línea completa. La precisión de medición de los sensores de desplazamiento láser es alta, pero su eficiencia es baja porque los datos se recopilan punto a punto. Lo contrario sucede con los perfiladores láser. Escanean la superficie y forman los contornos 3D rápidamente, pero su precisión disminuye. La elección del tipo de estrategia de medición láser a usar depende de los requisitos de la aplicación; principalmente si la prioridad es la precisión o la velocidad. 

Ya sea contar galletas en un contenedor tipo almeja, verificar la alineación de paneles de vehículos o medir la posición de componentes electrónicos en una placa de circuitos impresos, la lista de aplicaciones de fabricación que pueden beneficiarse de un sistema de visión 3D fácil de usar es prácticamente ilimitada. 

Actualmente, los diseñadores de visión artificial 3D pueden elegir entre múltiples opciones para resolver aplicaciones 3D, que incluyen sistemas de desplazamiento láser (también denominados lectores láser), soluciones estereoscópicas y soluciones de tiempo de vuelo (ToF). Entre estos tres conjuntos de soluciones, los sensores de desplazamiento láser son los más comunes y brindan la obtención de datos 3D más rápida, precisa y rentable para operaciones en línea y fuera de línea.&nsbp;

Perfiladores versus desplazamiento lineal versus desplazamiento de área

Un sensor de desplazamiento láser puede generar mediciones de superficies 2D y 3D precisas, que incluyen la altura, el ancho, el ángulo, el área y la posición de un objeto. Los sensores de desplazamiento láser se dividen en tres tipos principales: perfiladores lineales, sensores de desplazamiento lineal y sensores de desplazamiento de escaneo de área. 

Los perfiladores láser generan cortes 2D de imágenes (por ej., una imagen de un objeto cortado por la mitad) o mapas de superficie 3D al apilar perfiles individuales en una imagen continua. Normalmente, esto se realiza a través de información de movimiento de un codificador que sigue el objeto siendo escaneado.

Comparación de mapa de altura 2D y nube de puntos 3D

Mapa de altura 2.5D (izquierda) y nube de puntos 3D (derecha)

Los sensores de desplazamiento láser dan un paso más allá: generan nubes de puntos 3D del objeto completo para mejor precisión y usabilidad (suponiendo que el software de procesamiento de imágenes está optimizado para trabajar en entornos de 3D real). Estos sensores se montan por sobre las bandas transportadoras y a veces también debajo para escanear objetos en movimiento. En algunos casos, se colocan en el extremo de brazos robóticos para brindar el movimiento de escaneo de sensor a objeto.

Banda transportadora con robot tomando piezas inspeccionadas de metal fundido

Por último, algunos sensores de desplazamiento de escaneo de área utilizan espejos microelectromecánicos (MEM) para mover la luz del láser alrededor del objeto en lugar de depender que el objeto se mueva en función del láser. 

La triangulación láser mide la altura

Los sensores de desplazamiento láser utilizan la triangulación láser para determinar la altura de un pixel desde un plano base calibrado (imagine la ubicación “cero” en un gráfico de línea).&nsbp;

En su funcionamiento, los sensores de desplazamiento láser proyectan una línea láser sobre un objeto que puede estar quieto o en movimiento. Por ejemplo, un sensor de desplazamiento láser como el utilizado en el sistema de visión artificial In-Sight 3D-L4000 puede montarse sobre una banda transportadora en movimiento o sobre un brazo robótico en movimiento. 

La luz reflejada es captada por un sensor digital ubicado a una distancia y un ángulo conocidos del generador de línea láser dentro del sensor de desplazamiento láser. El software de triangulación láser que se ejecuta dentro del sensor reconstruye el mapa de superficie o la nube de puntos 3D. En función de los cambios en la forma de la línea láser proyectada a medida que se mueve sobre el objeto. Luego, los resultados se comunican a los PLC, los sistemas de manejo de materiales y/o el software de seguimiento de producción siguientes para tomar medidas posteriores.

 

2D y 3D: lo mejor de ambos mundos

En función de estos simples principios operativos, los sensores de desplazamiento láser son ampliamente utilizados para mediciones de perfil, posición y hueco en muchas aplicaciones de fabricación industrial que incluyen:

  • Presencia/ausencia en montajes automotrices.
  • Mediciones de sello y volumen para la industria alimenticia y de empacado.
  • Inspecciones de la holgura del molde, el espesor y la banda en aplicaciones de extrusión.
  • Inspecciones de altura, ubicación y enrase en electrónica y bienes de consumo empacados.

Además de precisos, los sensores de desplazamiento láser son rápidos y capaces de obtener millones de puntos de datos 3D por segundo para construir modelos de nube de puntos 3D de alta resolución. La capacidad de trabajar a muy altas velocidades permite medir el 100% de los productos que se trasladan en una banda transportadora, lo que elimina la necesidad de detener la línea para tomar la muestra de un producto. Esto se traduce en costos más bajos, mejor calidad y mayor rendimiento.

Los sensores de desplazamiento láser más confiables proporcionan imágenes 2D en escala de grises y nubes de puntos 3D. Mediante sistemas avanzados de escaneo láser sin manchas, los sistemas de desplazamiento láser de nueva generación cuentan con la uniformidad y potencia óptica para generar imágenes 2D de alta calidad. Estos sistemas avanzados tienen un funcionamiento confiable incluso montados al revés, debajo de una banda transportadora donde la contaminación es un problema conocido para los proyectores láser.

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Línea láser azul sin manchas (izquierda) y láser rojo con manchas (derecha)

Como mencionamos anteriormente, la amplia variedad de mediciones de los sensores de desplazamiento láser modernos, junto a los programas de software de visión artificial más poderosos e intuitivos, les brindan a los sistemas de perfil láser la capacidad de resolver prácticamente cualquier aplicación de medición 3D en línea. Esto les ahorra tiempo y dinero a los fabricantes y constructores de maquinaria, a la vez que aumenta la calidad general de sus productos.

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