Tipi di obiettivi per visione artificiale spiegati: fissi, telecentrici e zoom

Obiettivi a lunghezza focale fissa: la base della stabilità e della chiarezza nella visione artificiale

Ingrandimento costante, distorsione minima e prestazioni elevate di MTF

L’imaging industriale ottiene risultati molto migliori con obiettivi a lunghezza focale fissa obiettivi a lunghezza focale fissa perché rimangono stabili anche quando le distanze di lavoro cambiano. Queste lenti mantengono l'ingrandimento entro ±0,05%, il che è piuttosto impressionante considerando quanto possano essere sensibili alcune applicazioni. Neppure il design ottico è complesso, quindi la distorsione rimane inferiore allo 0,1%. Ciò è estremamente importante per misurazioni accurate in ambito metrologico. Per quanto riguarda i parametri di qualità dell'immagine, queste lenti ottengono un punteggio superiore a 0,8 sulla scala MTF a 50 coppie di linee per millimetro. Cosa significa tutto ciò? Bordi più nitidi e caratteristiche più facilmente riconoscibili in modo affidabile. Le lenti zoom semplicemente non riescono a eguagliare questo livello di coerenza prestazionale nella maggior parte degli ambienti industriali.

Applicazioni ideali: ispezione ad alta velocità e attività metrologiche ripetibili

Queste lenti funzionano molto bene in contesti in cui è necessario eseguire controlli rapidi, ad esempio nell’ispezione di wafer semiconduttori. La loro struttura consente di acquisire immagini coerenti anche a velocità superiori a 500 pezzi al minuto. Per quanto riguarda la misurazione precisa, queste lenti riducono gli errori a meno di 1 micrometro, poiché non è necessario regolare continuamente la messa a fuoco. Ciò comporta anche un risparmio economico: uno studio dell’Istituto Ponemon del 2023 ha rilevato che le aziende hanno risparmiato circa 740.000 dollari all’anno soltanto sui costi del lavoro legati alla ricalibrazione degli strumenti. Inoltre, la qualità costruttiva è tale da resistere a variazioni di temperatura e vibrazioni, rendendole strumenti essenziali per il controllo dei componenti automobilistici durante l’assemblaggio o per garantire che i dispositivi medici rispettino gli standard di qualità.

Lenti telecentriche: misurazione di precisione mediante proiezione ortografica

Eliminazione dell’errore prospettico per un’immagine in scala reale su tutta la profondità

Gli obiettivi telecentrici funzionano in modo diverso rispetto ai normali sistemi ottici perché utilizzano quella che viene chiamata proiezione ortografica. In sostanza, questi obiettivi catturano raggi luminosi paralleli tra loro che colpiscono il sensore d’immagine ad angolo retto. Il grande vantaggio è l’eliminazione delle distorsioni prospettiche che compromettono le misurazioni quando i pezzi si muovono in avanti o indietro. Prendiamo ad esempio un semplice foro circolare su un componente metallico: attraverso obiettivi fotografici standard, anche una leggera inclinazione del pezzo fa apparire tale foro come un’ellisse anziché come un cerchio perfetto. Con l’imaging telecentrico, invece, il foro rimane perfettamente circolare indipendentemente dall’orientamento rispetto all’obiettivo. Questo aspetto è estremamente importante per verificare con precisione le dimensioni dei fori nei componenti prodotti industrialmente. Studi indicano che con configurazioni convenzionali, in assenza di opportune correzioni, gli errori possono arrivare fino al 3%, mentre le soluzioni telecentriche raggiungono un’accuratezza a livello sub-pixel anche in presenza di variazioni di profondità pari a ±5 mm. Ciò che rende questo approccio così prezioso è la costanza dell’ingrandimento, che rimane identico sia che l’oggetto sia vicino sia che sia più distante dall’obiettivo. È proprio questa coerenza a rendere gli obiettivi telecentrici indispensabili per misurazioni critiche, come lo spessore dei bordi o la distanza tra i pin sui connettori, operazioni che obiettivi convenzionali non riescono a gestire in modo affidabile.

ROI nella pratica: come gli obiettivi telecentrici riducono la necessità di ritocchi e la frequenza delle calibrazioni

Le soluzioni telecentriche riducono notevolmente i costi operativi nel lavoro ad alta precisione, poiché eliminano gli errori prospettici fin dall’inizio. Le fabbriche che misurano piccolissimi componenti elettronici registrano circa il 40% in meno di letture errate scartate come rifiuti e circa il 60% in meno di tempo speso per risolvere problemi di calibrazione una volta passate all’uso di obiettivi telecentrici. Perché ciò accade? Queste ottiche speciali non sono influenzate dalle variazioni di profondità né dalle distorsioni ai bordi che normalmente compromettono le misurazioni e impongono frequenti ritarature. Accoppiandole a dispositivi di fissaggio di alta qualità, si ottiene un sistema di misurazione affidabile, capace di mantenere la propria accuratezza per migliaia e migliaia di cicli produttivi senza richiedere interventi manuali. Ciò fa tutta la differenza nei compiti critici, come la verifica della conformità dei dispositivi medici alle specifiche o l’allineamento di quei microscopici chip nei semiconduttori.

Obiettivi zoom: bilanciare flessibilità e prestazioni nelle applicazioni di visione artificiale dinamiche

Progettazione parfocale e controllo motorizzato per la regolazione adattiva del campo visivo

Gli obiettivi zoom odierni possono regolare il proprio campo visivo mantenendo costantemente a fuoco l’intera scena, grazie a una tecnologia denominata stabilizzazione parfocale. Ciò risulta particolarmente importante sulle linee di assemblaggio robotizzate, dove gli oggetti si muovono continuamente a distanze variabili dalla telecamera. I controlli motorizzati consentono agli operatori di evitare continue riregolazioni manuali ogni volta che si modifica il livello di ingrandimento. Secondo il Vision Systems Journal dello scorso anno, questo permette di ridurre i tempi di ispezione di circa il 15%, un risparmio che si accumula significativamente nel tempo. Durante il controllo di prodotti su nastri trasportatori in movimento continuo, questi obiettivi seguono i pezzi mentre transitano davanti alla telecamera, anche quando la loro posizione varia rispetto all’angolo di ripresa. Cosa li rende così efficaci? Sistemi integrati in grado di verificare e correggere automaticamente la messa a fuoco in tempo reale, eliminando quelle fastidiose pause tra una scansione e l’altra che rallentano le linee di produzione.

Compromessi tra risoluzione e versatilità: quando lo zoom aggiunge valore senza compromettere l'accuratezza

Sebbene gli obiettivi fissi offrano valutazioni MTF massime, gli obiettivi zoom moderni raggiungono una chiarezza comparabile grazie a sofisticati sistemi di stabilizzazione ottica. I fattori chiave da considerare includono:

• Soglie di risoluzione : gli obiettivi zoom forniscono attualmente una risoluzione costante superiore a 120 lp/mm su tutta la gamma focale
• Economia operativa : la riduzione delle sostituzioni hardware diminuisce del 30% il lavoro di calibrazione
• Mitigazione degli errori : ispezioni in più posizioni evitano punti ciechi nel rilevamento dei difetti sui circuiti stampati (PCB)

I principali produttori riportano un’accuratezza del 99,2 % nelle ispezioni impiegando obiettivi zoom per compiti flessibili, come la verifica dell’imballaggio di prodotti misti. Questa versatilità evita il tradizionale compromesso sulla risoluzione, rendendoli ideali per strutture dinamiche che gestiscono lotti produttivi eterogenei.

Pronto a scegliere il tipo di obiettivo per visione artificiale più adatto?

Il tipo di obiettivo appropriato dipende dalle vostre priorità: stabilità (fisso), precisione (telecentrico) o flessibilità (zoom). Abbinando le caratteristiche dell’obiettivo alle esigenze della vostra applicazione in termini di velocità, requisiti di misurazione e varietà di prodotti, otterrete risultati di ispezione coerenti.

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