Luz estructurada 3D: precisión real frente a precisión de catálogo

Cuando un fabricante anuncia una resolución de veinte micrómetros, esa cifra describe una condición concreta: pieza mate, blanca, inmóvil, a distancia fija y con el proyector ya estabilizado térmicamente. Fuera de esa condición, la nube de puntos se degrada por motivos que rara vez aparecen en la ficha técnica. Vale la pena revisarlos uno por uno antes de decidir qué equipo comprar o cómo montarlo en línea.

Qué mide realmente un proyector de franjas

Un proyector de luz estructurada no mide distancias. Mide el desfase de un patrón sinusoidal que rebota en la superficie y llega a la cámara con una deformación. Esa deformación se traduce en fase, y la fase en coordenadas tridimensionales tras una calibración. Todo lo que altere la forma del patrón proyectado o la lectura del patrón recibido introduce error.

De ahí que la resolución declarada sea un techo teórico, no un valor operativo. En banco de pruebas con una esfera de cerámica mate suele cumplirse. Sobre una pieza mecanizada con zonas pulidas, la misma configuración puede perder un orden de magnitud en repetibilidad.

Los cuatro factores que degradan la nube de puntos

• Reflectancia del material: las superficies especulares devuelven el patrón fuera del eje de la cámara y generan huecos. Las muy oscuras absorben la franja y bajan la relación señal-ruido.
• Ángulo de incidencia: por encima de unos sesenta grados respecto a la normal, la franja se ensancha y la fase se vuelve ambigua en los bordes.
• Oclusión: cualquier saliente oculta parte del patrón a la cámara aunque el proyector lo ilumine. Es un problema geométrico, no óptico, y no se corrige con más potencia.
• Vibración del objeto: si la pieza se mueve entre la proyección y la captura, la fase medida corresponde a dos instantes distintos. En líneas de producción esto ocurre más de lo que parece.

Repetibilidad y exactitud no son lo mismo

La repetibilidad describe cuánto varían las medidas al repetir la captura sobre la misma pieza sin tocarla. La exactitud describe cuánto se aleja esa medida del valor real. Un sistema puede ser muy repetible y poco exacto: devuelve siempre el mismo error, lo cual es útil para inspección comparativa pero inservible para metrología absoluta.

En la práctica conviene decidir primero qué se necesita. Si el objetivo es detectar piezas fuera de tolerancia respecto a un patrón conocido, la repetibilidad manda. Si hay que certificar dimensiones, hace falta exactitud y una calibración trazable que se renueve con cierta frecuencia.

El proyector también se calienta

Los proyectores DLP y los módulos láser desplazan ligeramente su longitud de onda y su foco con la temperatura interna. Ese desplazamiento se traduce directamente en un error de fase que crece durante los primeros minutos de funcionamiento. En sistemas que no compensan, la deriva típica aparece en los diez o quince minutos iniciales y luego se estabiliza.

La solución habitual es dejar el equipo en reposo hasta que alcance régimen térmico antes de calibrar, o incorporar una referencia de fase en la propia escena que permita corregir en tiempo real. La segunda opción encarece el montaje pero permite trabajar en ciclos cortos e intermitentes.

Franjas sinusoidales o codificación binaria

La proyección de franjas sinusoidales ofrece buena resolución y tolera superficies con reflectancia moderada. La codificación binaria es más robusta frente a saltos de fase y funciona mejor con objetos que tienen escalones pronunciados, a costa de necesitar más capturas por reconstrucción.

Para piezas pequeñas y estáticas suele ganar la proyección de franjas. Para inspección en movimiento, con ciclos cortos y geometrías con discontinuidades, la codificación binaria aguanta mejor. No hay una opción universal: la decisión depende del material, del tiempo disponible por pieza y de la tolerancia que se quiera verificar.