Gépi látású objektívválasztási útmutató ipari alkalmazásokhoz

Fontos optikai paraméterek: látómező (FOV), munkatávolság és fókusztávolság

A látómező (FOV) szerepe a gépi látás objektívjének kiválasztásában gyártósori szerelési ellenőrzéshez

A látómező, röviden FOV (field of view), lényegében azt jelzi, hogy egy kamera egyszerre milyen területet tud ténylegesen látni – ez különösen fontos az összeszerelősorokon a termékek vizsgálatakor. Ha a látómező túl szűk, akkor a széleken elhelyezkedő apró hibák teljesen kimaradhatnak a vizsgálatból. Másrészről, ha túl széles látómezőt választunk, akkor minden képpont nagyobb területet fed le, így a részletek elmosódni kezdenek, és a felbontás csökken. Létezik egy hasznos képlet ennek kiszámítására: a szenzorméretet megszorozzuk a munkatávolsággal, majd elosztjuk a fókusztávolsággal. Tegyük fel például, hogy valakinek egy 100 mm-es szenzorral kell lefednie az egész területet. Ebben az esetben valószínűleg közelebb kell kerülnie a tárgyhoz, vagy teljesen más objektívet kell választania, attól függően, hogy mennyi hely áll rendelkezésre. Egyes iparági jelentések szerint a gépi látási rendszerekkel kapcsolatos problémák majdnem harmada eredetileg a helytelen látómező kiválasztásán alapul. A megfelelő látómező beállítása biztosítja, hogy a alkatrészek minden centiméterét megfelelően leolvassák, anélkül, hogy a mozgásból eredő zavaró hatások (mozgásartefaktok) megnehezítenék a folyamatot – ez végül gyorsabban segít észlelni a hibákat a gyors tempójú gyártási folyamatok során.

Munkatávolság és fókusztávolság kölcsönhatása robotvezérelt irányítási és beépített látási rendszerekben

A munkatávolság (a lencse és a tárgy közötti távolság) és a fókusztávolság közötti kapcsolat fordított irányú, ami különösen fontos a robotvezérelt irányítórendszerek és az integrált látástechnológia szempontjából. Amikor hosszabb munkatávolságra van szükség, a fókusztávolságnak is növekednie kell, ha éles képet szeretnénk elérni – ez pedig alapvető fontosságú a biztonságos mozgás érdekében, hogy a robotok ne ütközzenek bele a környező tárgyakba. Ám mindig van egy buktató. A fókusztávolság növelése valójában csökkenti a mélységélességet, így a pontos beállítás kalibrálási rémálommá válik. Olyan szűk helyeken, ahol például nyomtatott áramkör-ellenőrző eszközöknek is be kell férniük, a rövidebb fókusztávolság lehetővé teszi, hogy közelebb kerüljünk a tárgyakhoz, miközben továbbra is látható marad az ellenőrizendő részlet. Ennek a megfelelő egyensúlyának elérése segít csökkenteni a mozgásképlehetetlenséget gyors mozgás esetén. Ipari tesztek kimutatták, hogy minden egyes fókusztávolság-növekedés során a oldalirányú felbontás 15–30%-kal javul, ami azt jelenti, hogy ezek a rendszerek mikronos pontossággal képesek célpontokat meghatározni automatizált irányítási feladatokhoz.

Szenzorkompatibilitás és rögzítési szabványok megbízható gépi látási objektívek integrálásához

Képkör-fedettség vs. szenzorméret: Miért okozza a rosszul kiválasztott gépi látási objektív a képszegélyezést (vignettázást) és a felbontásvesztést

Rossz kiválasztás géplátó egy érzékelő számára, mert nem fed le elegendő területet, ami később komoly optikai problémákhoz vezet. Ha a lencse kisebb képkört vetít, mint amire az érzékelő szüksége van, vignettálás jelenik meg, amelynek következtében a kép sarkai erősen elsötétülnek, néha akár 80%-kal is csökkenhet a fényerőszint. Ez azt jelenti, hogy az értékes adatok teljesen elvesznek ezekről a peremterületekről. A következő lépés még rosszabb a felbontás szempontjából. Vegyünk egy 12 megapixeles érzékelőt, amelyet egy csupán 1/1,8 hüvelykes formátumra tervezett lencsével párosítanak – a gyakorlati teljesítmény legfeljebb kb. 8 megapixelre csökken. Azok számára, akik nyomtatott áramkörökön dolgoznak, ilyen hiányosság elrejtheti a 10 mikronnál is keskenyebb repedéseket. Jó irányelv lencsék vásárlásakor, ha ellenőrizzük, említik-e a specifikációk a képkör lefedettségét, amely legalább 10%-kal meghaladja az érzékelő átlójának méretét.

C-karimás vs. CS-karimás rögzítés: mechanikai illeszkedés, hátsó fókusztávolság és gyakorlati korlátozások kompakt rendszerekben

A C-csatlakozású objektívek menete (17,526 mm-es flange távolsággal) és a CS-csatlakozású objektívek menete (12,526 mm-es flange távolsággal) mechanikailag együttműködik, bár a hátsó fókusztávolság tekintetében jelentős különbségek mutatkoznak. Amikor valaki erővel próbálja egy CS-csatlakozású objektívet egy C-csatlakozású kamerára szerelni, ez kb. 5 mm-es defókuszálást eredményez, amely elmoshatja a legapróbb részleteket is – akár 0,1 mm-es tűréshatárig. Ilyen problémák gyakran előfordulnak robotos pick-and-place műveletek során. Fordított esetben, ha egy C-csatlakozású objektívet egy CS-csatlakozású kameratestre szerelnek, speciális távtartó gyűrűkre van szükség, amelyek azonban csökkentik a rendszer stabilitását, különösen fontos ez azokban az beágyazott rendszerekben, amelyek folyamatos rezgésnek vannak kitéve. Az orvosi eszközgyártók jól ismerik ezt a problémát, mivel berendezéseik gyakran nagyon korlátozott helyre – kb. 50 köbmilliméteres térfogatba – kell illeszkedniük. A CS-csatlakozás kisebb mérete lehetővé teszi a fókuszálást olyan helyzetekben, ahol a C-csatlakozás egyszerűen nem éri el a szükséges távolságot. A legtöbb felhasználó a szokásos gyakorlatokhoz ragaszkodik, hogy elkerülje a telepítés során fellépő nehézségeket. Általában a CS-csatlakozást használják fél hüvelyknél kisebb méretű szenzorokhoz, míg a nagyobb szenzorokhoz a C-csatlakozás a szokásos.

Nyílás, mélységélesség és kritikus optikai teljesítménymutatók

F-szám optimalizálása: a fényáteresztés, a mélységélesség és a mozgáskép-elmosódás egyensúlyozása nagysebességű vizsgálatok során

Az ipari gépi látási rendszerekben az f-szám (f/#) egyszerre szabályoz három fontos tényezőt: mennyi fény jut át a lencsén, a mélységélesség (DOF) mértékét, valamint azt, hogy mennyire ellenálló a kép a mozgáselmosódással szemben. Amikor alacsonyabb f-számokat állítunk be, például f/1,4-et, azok lényegesen több fényt engednek át, ami kiválóan alkalmas sötét körülmények esetén, de ennek ára van. A mélységélesség nagyon sekély lesz, így ha az ellenőrzött felület magasságában bármilyen egyenetlenség fordul elő, egyes részek elveszíthetik élességüket. Ellentétben ezzel a magasabb f-számok – például az f/16 – jóval jobb mélységélesség-felbontást biztosítanak, amely szükséges a pontos méretmérésekhez. Ennek azonban hosszabb expozíciós időre van szüksége, ami miatt a képek érzékenyebbé válnak a mozgáselmosódásra, különösen akkor, ha gyorsan mozgó tárgyakat kell vizsgálni szállítószalagokon, amelyek sebessége meghaladja az 1/10 000 másodpercet képkockánként. A versengő igények közötti optimális kompromisszum megtalálása gondosan figyelembe veszi mind a megvilágítási körülményeket, mind a gyártási követelményeket.

• A hiperfókusz távolság kiszámítása a fókusz megtartásához a tűréshatárok mentén
• A nyílászáró értékének igazítása a villanólámpa intenzitásához – 50 000 lux felett lehetővé teszi az Æ'/8+ beállítást zajmentesen
• Az Æ'/4–Æ'/8 nyílászáró értékek elsődleges alkalmazása a nagysebességű alkalmazások több mint 92%-ánál (Automated Imaging Association, 2023)

Ezen tényezők kiegyensúlyozása megakadályozza a hamis elutasításokat, miközben a termelési teljesítmény 300 darab/perc fölött marad.

MTF, torzítás és kontraszt – Hogyan befolyásolják közvetlenül a gépi látás objektíveinek műszaki adatai a hibák észlelésének pontosságát

A hibák megbízható észlelésének képessége több tényezőtől függ, köztük a Modulációs Átvitel Függvénytől (MTF), a torzítás mértékétől és az objektumok közötti kontraszt minőségétől. Amikor az MTF-értékek meghaladják a 0,6-os értéket a szenzor ún. Nyquist-frekvenciáján, akkor kb. fél pixeles pontossággal tudjuk meghatározni az élek helyzetét – ez különösen fontos, ha csak néhány mikrométer széles apró repedéseket kell észlelni. A torzítás 0,1 százalék alatti tartása segít elkerülni azokat a zavaró geometriai hibákat, amelyek mérési feladatok során jelentkezhetnek. Ezenkívül egy 90:1-nél nagyobb kontrasztviszony kulcsfontosságú kis hibák, például oxidációs foltok felismeréséhez összetett háttértextúrák mellett. Ezek a paraméterek nem csupán papíron létező számok, hanem mindennapi gyakorlatban is közvetlenül befolyásolják a vizsgálati eredményeket.

A részoptikai MTF vagy a >0,3%-os torzítás 37%-os hamis negatív eredményt eredményez a nyomtatott áramkörök (PCB) vizsgálatánál (Vision Systems Design, 2024). Ezért a gépi látás céljára szolgáló objektívek műszaki specifikációi közvetlenül meghatározzák a minőségellenőrzés pontosságát.

Pontos ipari feladatokhoz szakosított gépi látás céljára szolgáló objektívtípusok

Telecentrikus objektívek a metrológiában: a perspektivikus hiba kiküszöbölése alpixel-szintű mérési stabilitás érdekében

A telecentrikus lencsék elengedhetetlenek az ipari mérnöki alkalmazásokhoz, amelyek a mérések pixelen aluli stabilitását követelik meg. A szokványos lencsék esetében problémát jelent, hogy a nagyítás mértéke megváltozik, ha a tárgyak közelebb vagy távolabb kerülnek, így perspektivikus hibák lépnek fel, amelyek akár 0,5%-ot is meghaladhatnak körülbelül 30 fokos szögnél. A telecentrikus optikával ezzel szemben minden fő sugár párhuzamos marad. Ez azt jelenti, hogy a nagyítás mértéke állandó marad, függetlenül attól, milyen mélyen helyezkedik el egy tárgy a látómezőben. Ez döntő fontosságú például nyomtatott áramkörök (PCB) padjainak igazításánál vagy fogaskerekek fogprofiljainál, ahol akár mikronos torzulások is tönkretehetik a termék minőségét. Az automatizált mérőeszköz-ellenőrzésekhez ezek a lencsék ismételhető méréseket biztosítanak ±0,01 mm pontossággal, mivel kiküszöbölik a perspektivikus problémákból eredő zavaró skálázási hibákat. Emellett, mivel nem kell aggódnunk szögtorzítás miatt, a kalibráció is lényegesen egyszerűbbé válik. A beállítási idők 30–40 százalékkal csökkennek a szokványos lencsékhez képest a precíziós gyártási környezetben.

Készen áll a megfelelő gépi látás objektív kiválasztására?

A megfelelő objektív kiegyensúlyozza a látómezőt (FOV), a munkatávolságot, a szenzor kompatibilitását és a teljesítménymutatókat úgy, hogy azok illeszkedjenek ipari alkalmazásához. A kompatibilitási problémák elkerülése és a kulcsfontosságú műszaki adatok kiemelése megbízható hibafelismerést és pontos mérési eredményeket biztosít.

Az objektív–kamera kompatibilitással kapcsolatos iránymutatásért, speciális megoldásokért (pl. telecentrikus objektívek) vagy egyedi adaptációs szolgáltatásokért válasszon olyan szolgáltatót, amelynek igazolt ipari tapasztalata van. A HIFLY 15 éves gépi látás szakértelemmel – amely az objektíveken, kamerákon és integrált megoldásokon is túlnyúlik – biztosítja, hogy megoldása teljes mértékben illeszkedjen termelési igényeihez. Lépjen velünk kapcsolatba még ma ingyenes, kötelezettséget nem vállaló konzultációért, amellyel finomhangolhatja objektív-kiválasztását.