Perfil técnico
En las aplicaciones de procesamiento de imágenes, una calidad de imagen reproducible y una alta repetibilidad constituyen dos factores especialmente cruciales para el éxito. Por ello, Baumer diseña cámaras industriales digitales y sensores Vision para un servicio estable y fiable durante las 24 horas del día, los siete días de la semana.
Lograr la calidad especificada, la reproducibilidad de los resultados y, por lo tanto, un servicio perfecto de la instalación está relacionado con innumerables condiciones. Entre la variedad de parámetros de servicio que se indican en la documentación técnica de un aparato de inspección, destaca una: el rango de temperatura de servicio.
Contrariamente a lo esperado, dicho parámetro no hace referencia a la temperatura del entorno donde se encuentra la instalación y el operador, sino a un punto de medición en la carcasa de la cámara. ¿Por qué?
Datos sobre temperatura en la documentación técnica
Temperatura de almacenamiento
Durante el almacenamiento, no solo aparatos electrónicos, se puede suponer que la temperatura interior del aparato se corresponde con la temperatura ambiente. Por lo tanto, es posible sacar conclusiones sobre la temperatura ambiente máxima permitida mediante la especificación de los componentes individuales utilizados.
Temperatura de servicio
Sin embargo, se percibe otro comportamiento durante el servicio un componente de procesamiento de imágenes en comparación con cualquier otro aparato electrónico. Existe una gran cantidad de parámetros y constelaciones dentro y alrededor del aparato que complican enormemente la obtención de conclusiones de la temperatura ambiente a la temperatura (interna) del componente.
Las magnitudes internas de influencia incluyen el consumo de potencia, la conexión térmica y la temperatura interna de los componentes electrónicos. El consumo de potencia del sensor, FPGA, chipset de interfaz, etc. fluctúa en función del modo de servicio y la carga, lo que conduce a diferentes temperaturas internas de dichos componentes.
Resulta esencial complica con la carga térmica máxima de los componentes electrónicos para un servicio adecuado. Por lo tanto, se realizan numerosas pruebas de temperatura durante el desarrollo, que permiten obtener conclusiones de la temperatura de la carcasa, es decir, la temperatura en el punto de medición definido, a la temperatura central de los componentes utilizados.
Se conoce el gradiente de temperatura entre el exterior y el interior de la carcasa con componentes térmicamente críticos, al menos en el caso de que el aparato funcione sin ninguna conexión térmica ni medidas de cambio de temperatura, es decir, en las peores condiciones.
Como ya se mencionó anteriormente y se muestra en la ilustración 1, no se pueden sacar conclusiones entre el exterior del aparato/temperatura en el punto de medición definido y la temperatura ambiente, ni entre la temperatura (interna) del componente y la temperatura ambiente.
Esto se debe a una gran cantidad de incógnitas en relación con el entorno directo de la cámara o el sensor Vision:
- ¿Cuál es el tamaño de la masa térmica en la que se ha montado el aparato?
o ¿Cuál es la capacidad térmica de la instalación?
o ¿En qué tiempo se estabilizó térmicamente la instalación?
- ¿Cómo se ha montado el aparato?
o ¿Cuál es la geometría del soporte?
o ¿De qué material está fabricado el soporte?
- ¿Cómo fluye el aire alrededor de la instalación/el aparato?
Refrigeración de cámaras y sensores Vision
El calor generado en el aparato se extiende a todos los lados. La transmisión del calor se produce en superficies en contacto con otros componentes de la instalación. En las otras superficies, el calor se disipa de la cámara mediante radiación y convección (véase la ilustración).
El objetivo absorbe parte del calor generado y el cableado del aparato otra parte del calor. Sin embargo, la mayoría se desvía a la instalación a través del soporte de la cámara.
Conexión térmica
En las pruebas de temperatura mencionadas para determinar las temperaturas límite durante el desarrollo, los aparatos se operan sin ninguna conexión térmica. Esto representa el peor de los casos y no describe el montaje ni el servicio en la práctica.
La ilustración representa de forma esquemática el montaje de una cámara. La cámara (1) con la óptica (4) se fija a la superficie metálica de la instalación (3) mediante un soporte (2).
Dado que la mayor parte del calor generado se disipa a través del soporte del aparato, este elemento representa el núcleo de la conexión térmica.
Recomendaciones sobre el diseño del soporte
Selección del material
El material con elevada conductividad térmica resulta particularmente adecuado para el soporte de una cámara/un sensor Vision. Los materiales con menor conductividad térmica bloquean la transmisión del calor y, por tanto, la refrigeración del aparato.
Nota
Seleccione un material con la mayor conductividad térmica posible, como aluminio, cobre o latón, para el soporte. ¡No utilice aislantes!
Geometría
Además del material utilizado, la geometría del soporte también influye considerablemente en el transporte térmico. Además de la conductividad térmica, las superficies de apoyo entre la cámara y el soporte y entre el soporte y la instalación, así como el grosor/la longitud/la superficie de apoyo del soporte, afectan a la resistencia térmica y, por lo tanto, a la refrigeración del dispositivo.
Grosor del material
Conexión a superficies termoconductoras
A la hora de diseñar el soporte de la cámara, asegúrese de que el grosor del material y, por lo tanto, el tramo entre la cámara y la instalación sea lo más corto posible.
Instalaciones y máquinas con superficies aislantes (por ejemplo, plástico)
En esta constelación, el soporte actúa como un acumulador térmico, que
- absorbe cierta cantidad de calor y
- y lo irradia sobre mayores superficies, en comparación con la cámara.
Aquí se recomienda utilizar disipadores de calor adicionales y elementos de refrigeración activos, como ventiladores.
Longitud
Conexión a superficies termoconductoras
A la hora de diseñar el soporte de la cámara, asegúrese de que la longitud del componente y, por lo tanto, el tramo entre la cámara y la instalación sean lo más cortos posible.
Conexión a superficies no termoconductoras (p. ej., plástico)
En esta constelación, el soporte puede contribuir a una mejor refrigeración
- al absorber cierta cantidad de calor durante un tiempo determinado y
- al poder emitir calor a través de la gran superficie adicional.
Aquí también se recomienda utilizar disipadores de calor adicionales y elementos de refrigeración activos, como ventiladores.
Superficie de apoyo
A la hora de diseñar el soporte de la cámara, asegúrese de las superficies de apoyo entre la cámara, el soporte y la instalación sean lo suficientemente amplias. La cámara debe situarse completamente sobre una de las 4 superficies laterales.
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