Imagen térmica frente a visión artificial estándar: cuándo usar cada una

La imagen térmica y la visión artificial estándar se confunden con más frecuencia de la que deberían. Se tratan como rivales, como si una fuera una versión más avanzada de la otra. No lo son. Son dos herramientas diferentes que responden a dos preguntas diferentes. En el momento en que se ve así, la elección entre ambas resulta sencilla.

Una cámara de visión artificial estándar ve el aspecto de una escena. Forma, bordes, detalle de la superficie, color, impresión, posición. Una cámara térmica ve algo que una cámara normal no puede ver en absoluto. La temperatura. Cada píxel de una imagen térmica es una medición de calor y no un valor de brillo o de color. Por eso la verdadera pregunta nunca es qué tecnología es mejor en general. Es cuál puede ver aquello que de verdad le importa. Esta guía expone dónde gana cada una, cómo se comparan los costes, qué implica la integración y dónde ambas funcionan mejor una junto a la otra.

Qué hace realmente una cámara térmica

Conviene tener clara la física. Explica todo lo que viene después. Una cámara estándar capta la luz visible reflejada por un objeto. Una cámara térmica capta la radiación infrarroja emitida por un objeto, en la banda de infrarrojo de onda larga, mediante un sensor llamado microbolómetro. Todo lo que está por encima del cero absoluto emite infrarrojo en proporción a su temperatura. La cámara térmica lee esa radiación y la convierte en una imagen en la que cada píxel lleva un valor de temperatura.

Esa única diferencia lo explica todo. Una cámara térmica no necesita luz para funcionar. No mide luz reflejada, mide calor emitido. Ve un objeto caliente en completa oscuridad. Ve una diferencia de temperatura que resulta totalmente invisible para el ojo y para una cámara normal. Y mide esa temperatura de forma directa. Eso es algo que ninguna resolución ni iluminación permitirá jamás a una cámara de luz visible.

Hay una distinción más que conviene conocer. Afecta a lo que se puede comprar y a lo que cuesta. Algunas cámaras térmicas son radiométricas. Cada píxel es una temperatura calibrada y precisa sobre la que se puede actuar. Otras no son radiométricas. Muestran diferencias relativas de calor sin ofrecer un número absoluto fiable. Si su inspección es de apto o no apto según una temperatura real, necesita una cámara radiométrica. Tanto la gama FLIR como la Teledyne Calibir incluyen modelos totalmente radiométricos pensados para la medición, con un amplio rango de temperatura y la sensibilidad necesaria para resolver diferencias muy pequeñas.

Dónde la visión artificial estándar es la herramienta adecuada

Para la gran mayoría de las tareas de inspección, una cámara estándar de luz visible es la opción correcta y mucho más económica. Si lo que necesita comprobar es algo que se puede ver, una cámara normal lo hace mejor y más barato de lo que la térmica podría hacerlo jamás.

Medición y calibrado. Las dimensiones, distancias, posiciones y tolerancias residen todas en el mundo visible. Una cámara estándar con el objetivo y la iluminación adecuados las mide con precisión.

Lectura de códigos y texto. Los códigos de barras, los códigos data matrix, las fechas impresas y los números de lote son características visibles. La térmica no tiene ninguna ventaja aquí y sí muchas desventajas.

Inspección de superficies e impresión. Comprobar que una etiqueta está presente y es correcta, encontrar arañazos o defectos, verificar la calidad de impresión. Estos son trabajos para una cámara que ve el detalle y, cuando importa, el color.

Presencia, posición y montaje. Confirmar que un componente está presente y bien colocado es el pan de cada día de la visión estándar. La característica es visible. Una cámara de luz visible se encarga de ello.

El patrón es sencillo. Si la propiedad que inspecciona es una que el ojo humano podría juzgar con una observación suficientemente buena, la visión artificial estándar es casi siempre la respuesta correcta y más barata. La térmica se gana su lugar solo cuando la propiedad que le importa es el calor.

Dónde la imagen térmica es la única herramienta que funciona

La térmica da lo mejor de sí siempre que la temperatura es lo que necesita medir o lo que revela el defecto. En estas aplicaciones una cámara estándar no solo es peor, es que está completamente ciega ante el problema.

Integridad del sellado y del cierre. Este es uno de los usos más valiosos en la producción de alimentos y bebidas. Cuando un envase se sella en caliente, un sellado bien formado muestra una firma térmica nítida y uniforme justo después del sellado. Un punto frío o un patrón irregular revela un sellado débil o incompleto que dejaría que el producto se estropee. Una cámara de luz visible puede confirmar que un sellado parece cerrado. Solo una cámara térmica puede confirmar que realmente se selló.

Supervisión de procesos y temperatura. Cualquier proceso en el que la temperatura indique un funcionamiento correcto es una aplicación térmica. Comprobar que un producto sale de un horno o un calentador a la temperatura adecuada, supervisar un proceso de moldeo o de soldadura, confirmar que un componente ha curado o se ha enfriado correctamente. La temperatura es la señal de calidad. La térmica la lee de forma directa.

Detección de puntos calientes. Encontrar la parte de una escena que está demasiado caliente. Un componente que se sobrecalienta en un conjunto en movimiento, un rodamiento o un motor que se sale de su rango normal, una conexión eléctrica que empieza a fallar. El punto caliente es invisible hasta que causa daños. La térmica lo detecta a tiempo.

Seguridad de baterías y vehículos eléctricos. Un área de rápido crecimiento. Las celdas y los paquetes de baterías deben mantenerse dentro de un rango de temperatura seguro durante la fabricación, las pruebas y la carga. Una celda que se calienta de forma anómala es una advertencia temprana de un fallo grave. La supervisión térmica es fundamental para detectar estos problemas antes de que se vuelvan peligrosos.

En todos estos casos, el hilo común es que la información reside en el calor, no en el aspecto. Esa es la línea divisoria. Cuando la temperatura es la medición, la térmica no es una mejora de lujo, es la única herramienta que puede hacer el trabajo.

Cómo se comparan los costes

No hay forma de evitarlo. La imagen térmica cuesta más que la visión artificial estándar. Merece la pena entender por qué. Así el presupuesto tiene sentido en lugar de llegar como una sorpresa.

Dos factores marcan la diferencia. El primero es el sensor. Un microbolómetro térmico es un dispositivo más especializado y más caro de producir que el sensor CMOS de una cámara estándar. Ese sensor estándar se fabrica en volúmenes de consumo enormes. El segundo, a menudo la mayor sorpresa, es la óptica. Los objetivos de las cámaras estándar usan vidrio. El vidrio es completamente opaco al infrarrojo de onda larga que detectan las cámaras térmicas. Los objetivos térmicos tienen que fabricarse con materiales especiales, lo más habitual es el germanio. Estos son mucho más caros que el vidrio. Así que las dos partes esenciales de una cámara térmica, el sensor y el objetivo, cuestan más que sus equivalentes de luz visible.

Además, la resolución cuesta más en la térmica. Una cámara estándar hoy puede tener decenas de megapíxeles por un precio modesto. Los sensores térmicos suelen tener una resolución mucho menor. Cada salto de resolución térmica resulta caro. Por eso los sistemas térmicos funcionan por lo general a resoluciones más bajas de las que aceptaría en un sistema de luz visible. Esa es una de las razones por las que la térmica se usa para lo que solo ella puede hacer y no como un generador de imágenes de uso general. Nuestra guía de precios expone rangos realistas para sistemas completos. El resumen claro es que se elige la térmica porque la aplicación necesita temperatura, no para ahorrar dinero.

Integración: mejor de lo que podría esperar

Aquí van buenas noticias que sorprenden a la gente. Aunque la física de una cámara térmica es muy distinta, integrar una en un sistema de visión artificial suele ser notablemente parecido a integrar una cámara estándar. Esto se debe a que las cámaras térmicas industriales que suministramos se fabrican conforme a las mismas normas de visión artificial que todo lo demás.

Tanto la gama industrial FLIR como la Teledyne Calibir usan interfaces estándar de visión artificial, normalmente GigE Vision sobre una conexión ethernet, con el estándar GenICam para el control. En la práctica esto significa que una cámara térmica puede conectarse y controlarse con el mismo software de visión que usaría para una cámara estándar. Se incorpora a una línea de la misma manera. Si su equipo ya ha integrado una cámara GigE Vision antes, una cámara térmica le resultará familiar.

Hay dos cosas que son de verdad diferentes. Merece la pena planificar ambas. La primera es la calibración y la emisividad. Una cámara térmica mide la temperatura. Los distintos materiales emiten infrarrojo de forma diferente. Obtener lecturas precisas implica tener en cuenta la emisividad de la superficie que está midiendo. Esto es sencillo una vez que se entiende. Es un paso que la visión estándar no tiene. La segunda es de nuevo la cuestión de la óptica. El objetivo de germanio forma parte del coste del sistema. La elección del objetivo sigue determinando su campo de visión y su distancia de trabajo, igual que ocurre con una cámara estándar. Ninguna de las dos es una barrera. Son simplemente parte de especificar bien un sistema térmico. Son justo el tipo de cosa que conviene hablar con alguien que ya lo ha hecho antes.

Cuándo necesita ambas: inspección complementaria

Las celdas de inspección más sofisticadas suelen usar ambas tecnologías juntas. Muchos productos necesitan comprobarse por su aspecto y por su temperatura al mismo tiempo. Aquí es donde pensar en ellas como rivales se viene abajo de verdad. La mejor respuesta suele ser usar cada una para lo que hace mejor.

La inspección del sellado en una línea de alimentación es el ejemplo más claro. Una cámara estándar comprueba que la etiqueta está presente, bien colocada y lleva la fecha impresa y el código de lote correctos. Una cámara térmica, mirando el mismo envase momentos después del sellado, confirma que el propio sellado está completo y es uniforme. Un envase, dos preguntas completamente distintas, cada una respondida por el sensor adecuado. Ninguna de las dos cámaras podría hacer el trabajo de la otra. Juntas verifican que el envase está bien etiquetado y realmente sellado.

La misma combinación aparece en otros lugares. En una línea de baterías, la visión estándar comprueba el montaje y la alineación mientras la térmica vigila la temperatura de las celdas. En muchas aplicaciones de proceso, una cámara de luz visible confirma que la pieza está presente y bien formada mientras una cámara térmica confirma que está a la temperatura adecuada. Cuando aborda una aplicación preguntándose qué preguntas hay que responder en lugar de qué cámara comprar, usar ambas resulta a menudo ser la solución completa.

La comparación de un vistazo

Aquí está el resumen. Es una guía para adecuar la herramienta a la pregunta, no un veredicto de que una sea mejor que la otra.

Entonces, ¿cuál necesita?

La decisión se reduce a una pregunta, planteada con claridad. ¿Cuál es la propiedad que de verdad necesita inspeccionar? Si es una dimensión, un código, una etiqueta, una superficie, un color o una posición, cualquier cosa que resida en el aspecto del objeto, necesita visión artificial estándar. La térmica sería una forma cara de hacer un trabajo que una cámara normal hace mejor. Si es una temperatura, un sellado, un patrón de calor o un punto caliente, cualquier cosa que resida en cómo de caliente está el objeto, necesita térmica. Ninguna cámara estándar puede medir el calor a ninguna resolución ni precio. Y si necesita comprobar a la vez el aspecto de algo y su temperatura, la respuesta correcta es muy a menudo ambas, cada una haciendo la parte para la que está construida.

Ese es el criterio que ayudamos a los clientes a aplicar con regularidad. Suministramos cámaras térmicas de FLIR y Teledyne Calibir junto con toda la gama de cámaras de visión artificial estándar. No tenemos ninguna razón para orientarle hacia la opción más cara cuando bastaría con una cámara estándar. Ni para venderle un sistema estándar cuando su problema es de verdad de temperatura. La forma más rápida de acertar es contarnos qué está intentando inspeccionar y dejar que le ayudemos a adecuar la herramienta a la tarea.

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