ऑप्टिकल प्रिज्म औद्योगिक निरीक्षण की परिशुद्धता को कैसे बनाए रखते हैं?

औद्योगिक मशीन विज़न प्रणालियों में, कैमरा "आंख" है, एल्गोरिदम "दिमाग" है, और ऑप्टिकल प्रिज्म प्रकाश पथ का छिपा हुआ "कमांडर" है—अदृश्य और अस्पष्ट, फिर भी प्रकाश को विचलित करके, छवियों को समायोजित करके और प्रकाश किरणों को वितरित करके जटिल औद्योगिक वातावरण में "आंख" द्वारा लक्ष्यों को कैप्चर करने में सक्षम बनाता है। चाहे तंग जगहों में पुर्जों का निरीक्षण हो, उच्च-गति वाली कन्वेयर बेल्ट पर दोषों की पहचान हो, या 3D मॉडलिंग में परिशुद्धता कैलिब्रेशन किया जा रहा हो, प्रिज्म अनिवार्य हैं।

ⅰ. प्रिज्म का मुख्य कार्य: मशीन विज़न के "प्रकाश पथ चुनौतियों" को हल करना

औद्योगिक स्थल प्रयोगशालाओं की तुलना में कहीं अधिक जटिल होते हैं: कुछ निरीक्षण बिंदु उपकरणों के भीतर गहराई तक छिपे होते हैं, जिससे सीधे कैमरा संरेखण संभव नहीं होता; कुछ भाग उच्च गति से चलते हैं, जिसमें बहुआयामी विवरणों को एक साथ कैप्चर करने की आवश्यकता होती है; कुछ परिदृश्यों में सख्त छवि अभिविन्यास की आवश्यकता होती है, जहाँ थोड़ी सी भी विचलन गलत निर्णय का कारण बन सकती है। प्रिज्म की भूमिका इन 'चुनौतियों' के लिए सटीक ऑप्टिकल समाधान प्रदान करना है।

1. स्थान की सीमा है? लक्ष्य तक दृश्य को "मोड़ने" के लिए प्रिज्म का उपयोग करें  

ऑटोमोटिव इंजन ब्लॉक निरीक्षण में, आंतरिक वायु मार्ग संकरे और टेढ़े-मेढ़े होते हैं, जिससे कैमरा लेंस के प्रवेश करने और सीधी छवि लेने को रोका जाता है। यहीं पर समकोण प्रिज्म काम आता है। एक "दर्पण" की तरह, यह नली के भीतर से आने वाली छवि को 90 डिग्री तक विक्षेपित कर देता है और इसे बाहरी कैमरा सेंसर पर प्रक्षेपित करता है—अर्थात ब्लॉक को अलग किए बिना कैमरा को आंतरिक संरचना देखने के लिए एक "मुड़ी हुई आंख" प्रदान करता है।

एक और अधिक विशेषीकृत घटक, पेंटा प्रिज्म, आने वाले प्रकाश को 90 डिग्री से सटीक रूप से विचलित करने की अद्वितीय क्षमता रखता है, चाहे प्रवेश कोण कुछ भी हो। उच्च-परिशुद्धता वाले गियर मापन उपकरणों में, उच्च-गति घूर्णन के दौरान कंपन के कारण मापन बीम आसानी से स्थानांतरित हो सकती है। पेंटा प्रिज्म प्रकाश पथ को स्थिर और सही करता है, जिससे मापन त्रुटियाँ 0.001 मिमी के भीतर नियंत्रित रहती हैं, जो गियर पिच और प्रोफ़ाइल निरीक्षण में सटीकता बनाए रखता है।

2. छवि अभिविन्यास की समस्या? परिप्रेक्ष्य को "सही" करने के लिए प्रिज्म का उपयोग करें

पार्सल सॉर्टिंग लाइनों पर कैमरा, पैकेज यादृच्छिक रूप से अभिविन्यस्त होते हैं—कुछ सीधे, कुछ तरफ के ऊपर—जिससे चित्रों का अव्यवस्थित अभिविन्यास होता है जिसे एल्गोरिदम व्याख्या करने में कठिनाई महसूस करते हैं। यहाँ, रूफ प्रिज्म एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह छवि को बाएँ से दाएँ पलट देता है, एक "दर्पण सुधार" करता है ताकि कैप्चर की गई लेबल छवि हमेशा सीधी रहे, जिससे सॉर्टिंग दक्षता में 30% से अधिक की वृद्धि होती है।

डव प्रिज्म वास्तव में "इमेज रोटेशन विशेषज्ञ" है, जो किसी भी वांछित कोण पर छवि को घुमाने में सक्षम है। चिप पिन निरीक्षण में, जहाँ ढालने की गलत संरेखण के कारण चिप झुक सकती है, डव प्रिज्म वास्तविक समय में छवि के कोण को समायोजित करता है, जिससे एल्गोरिदम प्रत्येक पिन की दूरी और अखंडता को सही ढंग से पहचान सकें, जो कोणीय विचलन के कारण होने वाली त्रुटियों को रोकता है।

3. क्या आपको बहु-कोणीय निरीक्षण की आवश्यकता है? एक साथ कैप्चर करने के लिए प्रकाश किरण को "विभाजित" करने के लिए प्रिज्म का उपयोग करें

मोबाइल फोन के ग्लास कवर के निरीक्षण के लिए, सामने, किनारों और कोनों पर दोषों को एक साथ देखने की आवश्यकता होती है। अलग-अलग कई कैमरों का उपयोग करने से स्थापना जटिल हो जाएगी और छवि के बाद संरेखण की आवश्यकता होगी। क्यूब बीमस्प्लिटर इस समस्या का समाधान करता है। यह एक प्रकाश स्रोत को दो या अधिक किरणों में विभाजित करता है, जिन्हें विभिन्न कोणों पर कैमरों पर प्रक्षेपित किया जाता है—इस प्रकार "एक प्रकाश किरण से कई कार्य" प्राप्त किए जाते हैं। इससे आवश्यक कैमरों की संख्या कम हो जाती है और एक साथ बहु-कोणीय इमेजिंग संभव हो जाती है, जो निरीक्षण दक्षता को दोगुना कर देती है।

कोने के घन प्रतिरिक्तबिंदु आपतित प्रकाश को मूल पथ के अनुदिश वापस लौटा देने का अद्भुत कार्य करता है, जो "प्रकाश प्रतिक्षेपक" की तरह काम करता है। लेज़र 3डी स्कैनर में, कोने के घन प्रिज्म लेज़र किरणों के साथ काम करके बहुल प्रतिबिंब के माध्यम से सतह की ऊँचाई में उतार-चढ़ाव को सटीक रूप से मापता है, और 0.01 मिमी की सटीकता के साथ फ़ोन के आवरण का 3डी मॉडल त्वरित ढंग से पुनर्निर्मित करता है, जो पारंपरिक विधियों से काफी आगे है।

4. सामग्री विश्लेषण की आवश्यकता है? प्रकाश को "अलग करने" के लिए प्रिज्म का उपयोग करें

खाद्य निरीक्षण में, यह निर्धारित करने के लिए कि दूध पाउडर में मिलावट है या नहीं, इसकी स्पेक्ट्रल विशेषताओं का विश्लेषण करना आवश्यक होता है। त्रिकोणीय प्रिज्म "स्पेक्ट्रम विघटन विशेषज्ञ" के रूप में कार्य करता है। यह श्वेत प्रकाश को विभिन्न तरंगदैर्ध्यों—लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, नीलंबारी, बैंगनी में विखंडित करता है। विभिन्न पदार्थ विशिष्ट तरंगदैर्ध्यों को अवशोषित करते हैं; अवशोषण स्पेक्ट्रम के विश्लेषण द्वारा दूध पाउडर में अवैध संकल्पित पदार्थों की उपस्थिति का पता लगाया जा सकता है, जो पारंपरिक रासायनिक परीक्षण की तुलना में तेज और अधिक पर्यावरण-अनुकूल विकल्प प्रदान करता है।

ⅱ. वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग: प्रिज्म विविध औद्योगिक आवश्यकताओं के अनुकूल कैसे होते हैं

विभिन्न मशीन विज़न कार्यों के लिए प्रिज्म की आवश्यकताएँ बहुत अलग-अलग होती हैं। प्रणाली के प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए सही प्रकार के प्रिज्म का चयन करना महत्वपूर्ण है। यहाँ चार विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य दिए गए हैं:

1. कन्वेयर बेल्ट सॉर्टिंग: समकोण + छत प्रिज्म की समस्या का समाधान करते हैं "नहीं देख सकते, स्पष्ट रूप से नहीं देख सकते"

एक जल की बोतल के छंटाई लाइन पर, यह जांचने के लिए कि लेबल सही ढंग से लगाए गए हैं और ढक्कन ठीक से बंद हैं, निश्चित-स्थिति कैमरा निरीक्षण की आवश्यकता होती है। हालाँकि, कन्वेयर के बगल में जगह सीमित है। एक समकोण प्रिज्म पहले प्रकाश पथ को 90° तक विक्षेपित करता है, जिससे बगल में लगा कैमरा बोतल के शरीर को "देख" सकता है। यदि झुकी हुई बोतल के कारण लेबल छवि पलट जाती है, तो एक छत प्रिज्म इसे ठीक कर देता है, जिससे एल्गोरिदम सटीक रूप से लेबल की स्थिति और ढक्कन की स्थिति पढ़ सके, जिससे छंटाई की सफलता दर 95% से बढ़कर 99.8% हो जाती है।

2. भाग 3D मॉडलिंग: पेंटा + क्यूब प्रिज्म "स्टीरियो विजन" बनाते हैं

नई ऊर्जा वाहन बैटरी इलेक्ट्रोड के निरीक्षण में, मोटाई, सपाटता और किनारे के प्रोफ़ाइल को मापने के लिए एकल दृश्य से अनुपलब्ध 3D जानकारी की आवश्यकता होती है। यहाँ, एक पेंटा प्रिज्म प्रकाश पथ को स्थिर रखता है, जो बीम विचलन को रोकता है, जबकि एक क्यूब बीमस्प्लिटर बीम को विभाजित करता है और ऊपरी और निचले कैमरों पर प्रक्षेपित करता है। बीम के बीच कलांतर की गणना द्वारा इलेक्ट्रोड का 3D मॉडल त्वरित गति से उत्पन्न होता है, जिसमें मोटाई मापन त्रुटि ≤0.005 मिमी होती है, जो असमान इलेक्ट्रोड मोटाई के कारण होने वाले संभावित बैटरी सुरक्षा खतरों को रोकता है।

3. उच्च-गति सतह निरीक्षण: डोव प्रिज्म "अस्थायी" दोषों को पकड़ता है

इस्पात प्लेट रोलिंग उत्पादन लाइनों पर, प्लेटें 3 मीटर प्रति सेकंड की गति से चलती हैं, और सतह पर खरोंच या धंसाव बहुत क्षणिक होते हैं। एकल कैमरा पूरी चौड़ाई को कवर नहीं कर सकता। डूव प्रिज्म छवि के कोण को समायोजित करके कैमरे के दृष्टि क्षेत्र को 120° तक बढ़ा देता है। एक उच्च-गति कैमरे के साथ जोड़ा जाने पर, यह प्लेट के सामने और दोनों किनारों को एक साथ कैप्चर कर लेता है, प्रति सेकंड 1000 से अधिक दोष बिंदुओं का पता लगाता है, जिससे पारंपरिक बहु-कैमरा व्यवस्था की तुलना में 40% तक लागत कम हो जाती है।

4. लेजर स्थिति निर्धारण: कोने के घन प्रिज्म ने "सटीक प्रतिक्षेपण" सक्षम किया

औद्योगिक रोबोट वेल्डिंग में, सटीक सीम स्थिति निर्धारण महत्वपूर्ण है, जो लेजर प्रणालियों पर निर्भर करता है। कारखाने में कंपन और धूल लेजर किरण को विक्षेपित कर सकते हैं। रोबोट के अंत उपकरण पर लगाया गया कोने का घन प्रिज्म लेजर किरण को सीधे उत्सर्जक की ओर वापस प्रतिबिंबित कर देता है। प्रतिबिंबित प्रकाश के विचलन की गणना द्वारा, रोबोट की स्थिति को वास्तविक समय में समायोजित किया जाता है, जिससे वेल्डिंग की सटीकता 0.1 मिमी के भीतर नियंत्रित रहती है और दोष दर में काफी कमी आती है।

ⅲ.  प्रिज्म सामग्री चयन: केवल "अच्छा प्रकाश संचरण" नहीं, बल्कि "मजबूती" भी

औद्योगिक वातावरण जटिल और परिवर्तनशील होते हैं; उच्च तापमान, आर्द्रता, कंपन और रासायनिक क्षरण जैसे कारक प्रिज्म के प्रदर्शन और आयु को प्रभावित कर सकते हैं। इसलिए, प्रिज्म के चयन में केवल प्रकाशिकी प्रदर्शन ही नहीं, बल्कि सामग्री की स्थायित्व भी शामिल है। यहाँ पाँच सामान्य सामग्री और उनके उपयुक्त परिदृश्य दिए गए हैं:

उदाहरण: एक स्टील निर्माण कार्यशाला में पिघले हुए इस्पात के तापमान को मापते समय, परिवेश का तापमान 500°C से अधिक होता है। मानक एन-बीकेटी7 ग्लास प्रिज्म पिघल जाएंगे, जबकि सैफायर प्रिज्म गर्मी सहन कर सकता है। आईआर कैमरे के साथ संयोजन में, यह वास्तविक समय में तापमान परिवर्तन की निगरानी करता है। सेमीकंडक्टर उद्योग में यूवी लिथोग्राफी निरीक्षण के लिए, यूवी फ्यूज्ड सिलिका प्राथमिक विकल्प है, जो सटीक पैटर्न सटीकता जांच सुनिश्चित करने के लिए प्रभावी यूवी पारगम्यता सुनिश्चित करता है।

ⅳ.  प्रिज्म चयन और डिज़ाइन: बड़ी गलतियों से बचने के लिए 3 मुख्य सिद्धांत

सही प्रिज्म का चयन मशीन विज़न सिस्टम की सटीकता और स्थिरता को बढ़ाता है; गलत चयन बड़ी जांच त्रुटियों और बार-बार विफलता का कारण बनता है। यहाँ चयन के तीन मुख्य सिद्धांत दिए गए हैं:

1. "कार्य आवश्यकताओं" के आधार पर प्रकार निर्धारित करें, "उच्च-अंत" के पीछे अंधाधुंध न भागें

• तंग जगहों पर प्रकाश को मोड़ने के लिए, समकोण प्रिज्म पर्याप्त है; महंगे पेंटा प्रिज्म की आवश्यकता नहीं होती।

• समकालिक बहु-कोण निरीक्षण के लिए, कई कैमरों और मानक प्रिज्मों की तुलना में घन बीमस्प्लिटर को प्राथमिकता दें।

• छवि घूर्णन/सुधार के लिए, आवश्यक घूर्णन कोण के आधार पर डोव या रूफ प्रिज्म में से चयन करें, कार्यात्मक अतिरंजन से बचें।

2. "पर्यावरणीय स्थितियों" के आधार पर सामग्री का चयन करें, प्रदर्शन और लागत के बीच संतुलन बनाए रखें

• मानक कमरे के तापमान, गैर-संक्षारक वातावरण: सर्वोत्तम लागत-प्रदर्शन के लिए N-BK7 कांच का चयन करें।

• उच्च तापमान, कठोर वातावरण: टिकाऊपन के लिए सैफायर या यूवी फ्यूज्ड सिलिका का चयन करें।

• आईआर या यूवी परिदृश्य: संबंधित आईआर सामग्री (Ge, ZnSe) या यूवी सामग्री (UV Fused Silica) का चयन करें; मानक कांच से बचें।

3. समग्र प्रदर्शन में सुधार के लिए "विस्तृत शिल्पकला" पर जोर दें

• प्रिज्म कोटिंग महत्वपूर्ण है: उच्च-परावर्तकता वाले परिदृश्यों (जैसे, धातु निरीक्षण) में, परावर्तन हानि को कम करने और छवि स्पष्टता में सुधार करने के लिए प्रति-परावर्तक कोटेड प्रिज्म का चयन करें।

• निर्माण परिशुद्धता मानकों को पूरा करनी चाहिए: प्रिज्म के कोण की त्रुटि को ±30 चाप सेकंड के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए (1 चाप सेकंड = 1/3600 डिग्री); अन्यथा प्रकाश पथ में विचलन होता है, जिससे निरीक्षण की परिशुद्धता प्रभावित होती है।

• प्रणाली सुसंगतता: प्रिज्म का आकार और माउंटिंग कैमरा और लेंस के साथ मेल खाना चाहिए ताकि स्थापना त्रुटियों से असंरेखण न हो।

निष्कर्ष: छोटा लेकिन शक्तिशाली, मशीन दृष्टि में "परिशुद्धता का आधारशिला"

मशीन दृष्टि प्रणालियों में, प्रिज्म कैमरों या एल्गोरिदम के रूप में इतने प्रमुख तो नहीं होते, फिर भी वे चुपचाप "प्रकाश पथ नियंत्रण" का महत्वपूर्ण कार्य करते हैं—जैसे स्थान सीमाओं, छवि अव्यवस्था और बहु-कोणीय निरीक्षण जैसी चुनौतियों को हल करके औद्योगिक निरीक्षण को "देखने" से लेकर "सटीक और त्वरित देखने" तक बढ़ावा देते हैं।

चाहे ऑटोमोटिव निर्माण, इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादन, खाद्य निरीक्षण या नई ऊर्जा क्षेत्र हो, मशीन विज़न सिस्टम के प्रदर्शन में सुधार के लिए सही प्रिज्म प्रकार और सामग्री का चयन करना महत्वपूर्ण है। जैसे-जैसे मशीन विज़न उच्च सटीकता और अधिक जटिल परिदृश्यों की ओर बढ़ रहा है, प्रिज्मों की भूमिका और भी स्पष्ट होती जा रही है।