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Cómo la tecnología de lente líquido desafía la lectura de códigos de barras

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La última generación de lentes líquidos facilita el enfoque automático y son ahora la mejor solución para una amplia variedad de problemas de visión artificial. Son ideales para la lectura de códigos de barras, la clasificación de paquetes, la inspección de calidad, la automatización y otros usos.

El equilibrio al elegir los lentes adecuados

Al momento de configurar una aplicación de lectura de códigos de barras, elegir los mejores lentes es crucial. Un lente que funciona bien para una aplicación puede alterar considerablemente el rendimiento de otra, según las condiciones de iluminación, distancia, el tamaño de lo que necesita ser fotografiado y una variedad de otros factores.

El lente toma la luz que se refleja del objeto o el área de interés y la enfoca en el sensor de la cámara. El objeto está en foco cuando el punto de luz del objeto es el área más pequeña posible en el sensor de la cámara, idealmente, un punto.

Diferentes lentes tienen diferentes fortalezas y desvían la luz en diferentes cantidades en función de su forma e índice de refracción. Esto afecta la distancia focal, la distancia entre los lentes y el sensor de imagen cuando el objeto está en foco. La elección del lente conlleva un equilibrio entre la distancia de trabajo, el campo de visión y el tamaño y la resolución del sensor de la cámara.

Si el trabajo cambia, también debe cambiar el lente

Si el campo de visión y la distancia de trabajo requeridos en una aplicación son constantes, la mejor opción es una cámara con distancia focal fija. Pero en la mayoría de las aplicaciones, tanto la distancia de trabajo como el campo de visión, o ambos, pueden variar, a veces de manera continua y otras veces de forma discreta. Si esto sucede, el enfoque debe cambiar o la imagen se alterará de forma inaceptable.

El enfoque cambiante es un viejo problema de la visión artificial. En el pasado, para solucionar este problema se movía físicamente el lente para cambiar la distancia focal y, con este, el campo de visión y el punto de enfoque. Otra solución es simplemente cambiar un lente por otro con una distancia focal diferente.

Recientemente, la tecnología de enfoque automático que usa lentes líquidos que cambian su curvatura ha estado aumentando la funcionalidad de las cámaras individuales y eliminando muchos mecanismos complejos, transformando una amplia variedad de aplicaciones industriales, entre otras.

¿Qué es la tecnología de enfoque automático y por qué es útil?

Las cámaras pueden usar una variedad de métodos para encontrar el punto de enfoque adecuado. Los métodos pasivos analizan la imagen objetivo a través de varios tipos de algoritmos, incluidas la detección de etapas y detección de contraste. Los métodos activos usan un sensor externo que mide la distancia al objetivo directamente, mediante un láser o ultrasonido. La elección del método depende de circunstancias específicas.

En respuesta a la señal de que el objeto está fuera de foco o que la distancia hacia el objeto cambió, el lente de la cámara cambia su distancia focal hasta que el objeto vuelva a estar en foco.

El enfoque automático funciona perfectamente en las cámaras personales y en teléfonos celulares y se usa bastante en la visión artificial. Pero, durante mucho tiempo se ha deseado tener una forma más simple y flexible de cambiar el enfoque, y ahora esa forma ha llegado: los lentes líquidos, que pueden cambiar su forma y, por lo tanto, su capacidad de desviar la luz.

¿Cómo funcionan los lentes líquidos?

Los lentes líquidos son células autónomas de aceite de grado óptico que se moldean a sí mismas tomando forma de lentes precisos a través de un efecto llamado electro humectación, que cambian la curvatura de forma predecible al estar sujetos a corriente eléctrica. Este cambio en la curvatura, que modifica la distancia focal y la distancia de trabajo, sucede en milésimas de segundo, al igual que el regreso a la forma original sin carga.

Diagrama de explicación del lente líquido

Al igual que el lente óptico tradicional, el lente líquido es un solo elemento óptico y, al igual que el lente óptico, forma parte de un conjunto de elementos múltiples, en lugar de usarse solo. Un solo lente produce por sí mismo una imagen con varios defectos, llamados aberraciones, como un enfoque diferente en diferentes puntos en el lente, franjas de color y diversas distorsiones. Los diseñadores ópticos usan uno o más lentes adicionales para contrarrestar estos problemas ópticos, según las aplicaciones específicas. Según la aplicación, el lente líquido se coloca en diferentes puntos de la pila de lentes.

¿Cuáles son las ventajas de los lentes líquidos?

El enfoque automático es clave para el lector de códigos de barras basado en imágenes que puede adaptarse a los objetos a distancias variables, diferentes tipos de objetos y requisitos para cambiar el campo de visión. Los lentes líquidos son bastante superiores a cualquier otro método en cuanto a velocidad y facilidad de uso.

Los lentes líquidos también son considerablemente más pequeños y ligeros que los lentes mecánicos con especificaciones equivalentes. La eliminación del enfoque mecánico, al igual que la necesidad de mover físicamente los lentes para cambiar el enfoque, permite contraer la cámara y reducir su peso. Las cámaras con lente líquido pueden usarse en líneas de fabricación en espacios reducidos y aplicaciones de procesamiento de paquetes, donde las cámaras convencionales no entrarían.

En los entornos industriales, los golpes y las vibraciones pueden alterar considerablemente la calidad de la imagen y a menudo requerir reposicionamiento o calibración. Los lentes líquidos no tienen piezas mecánicas móviles. Además de no sufrir desgaste, son mucho más resistentes a los golpes y las vibraciones. Si algún movimiento hace que el lente salga de foco, el lente responderá de forma instantánea.

Estos lentes duran mucho más tiempo que los conjuntos de lentes convencionales. Los sistemas de enfoque mecánico, que incluyen guías mecánicas y de motores, se desgastan luego de aproximadamente 100.000 ciclos, pero los lentes líquidos, sin piezas móviles, pueden durar hasta 50 millones de ciclos.

Los lentes líquidos son completamente silenciosos. Esto puede no ser importante en las aplicaciones industriales, pero puede ser una ventaja si los lentes líquidos se usan en entornos clínicos.

Usos específicos de los lentes líquidos

Los lentes líquidos con enfoque automático resuelven muchos problemas en las líneas modernas de alta velocidad. En la lectura de códigos 2D, donde los objetos tienen varios tamaños, con códigos de diversas orientaciones, el enfoque puede cambiar rápidamente entre un paquete y el próximo.

Escaneo variable de lente líquido

La inspección visual de las tarjetas de circuitos impresos (PCB) puede ser difícil debido a pequeñas deformaciones en las PCB, lo que cambia el punto de enfoque óptimo. Los lentes líquidos pueden volver a enfocarse cada vez que sea necesario para mantener la porción adecuada de la PCB durante la inspección. Los lentes líquidos están encontrando usos en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas las cámaras laparoscópicas, vehículos aéreos no tripulados y láseres.

Los lentes líquidos son una tecnología transformadora

Los lentes líquidos con enfoque automático hacen que el lector de códigos de barras sea útil en una amplia variedad de aplicaciones, y al mismo tiempo que reducen la cantidad de cámaras que deben adquirirse, aumentan su vida útil. Para más información sobre la tecnología de Cognex, descargar la Guía de productos de lectores de códigos de barras.

 

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