Het juiste objectief kiezen voor machinevisie-applicaties

Inleiding

Machinevisie is een integraal onderdeel geworden van moderne industriële en productieprocessen, waardoor automatisering, kwaliteitscontrole en inspectietaken met hoge precisie kunnen worden uitgevoerd. Een cruciaal onderdeel van elk machinevisiesysteem is het objectief, dat een centrale rol speelt bij het vastleggen van duidelijke en nauwkeurige afbeeldingen voor verdere analyse. De juiste keuze van het objectief is essentieel om de algehele prestaties en effectiviteit van de machinevisie-applicatie te garanderen. In dit artikel zullen we de belangrijkste factoren bespreken die je moet overwegen bij het kiezen van een objectief voor machinevisie, evenals de verschillende types objectieven en hun toepassingen.

Belangrijke factoren bij de keuze van een objectief

Gezichtsveld (FOV)

Het gezichtsveld is het gebied dat de camera en lens kunnen vastleggen. Het wordt bepaald door de werkafstand (de afstand tussen de lens en het te fotograferen object) en de brandpuntsafstand van de lens. Een groter gezichtsveld is nuttig voor toepassingen waarbij een groot gebied gemonitord moet worden, zoals bij grote industriële inspecties of surveillance. Bijvoorbeeld in een voedselfabriek kan een lens met een breed gezichtsveld gebruikt worden om de gehele verpakkingslijn in de gaten te houden en zo controleren of alle producten correct verpakt zijn.

Resolutie

De resolutie van de lens verwijst naar het vermogen om fijne details in een afbeelding te onderscheiden. Hoge-resolutielensen zijn nodig voor toepassingen waarbij nauwkeurige metingen of het detecteren van kleine details vereist is. In een halfgeleiderproductieproces bijvoorbeeld, is een lens met hoge resolutie nodig om de kleine schakelingen op een siliciumwafer te inspecteren. De resolutie van een lens wordt vaak aangegeven in lijnenparen per millimeter (lp/mm). Een hogere lp/mm-waarde duidt op een betere resolutie van de lens. Het is belangrijk om de resolutie van de lens af te stemmen op de resolutie van de camerasensor. Als de lens een lagere resolutie heeft dan de sensor, wordt het volledige potentieel van de sensor niet benut.

Diepte van scherpte (DoF)

De scherptediepte is het bereik van afstanden tot de lens waarbinnen objecten voldoende scherp worden weergegeven in de afbeelding. Een grote scherptediepte is gunstig wanneer objecten zich op verschillende afstanden van de camera bevinden of wanneer er enige variatie is in de positie van het object. In een 3D-print inspectiesysteem, waarbij de afgedrukte onderdelen verschillende hoogtes kunnen hebben, kan een lens met een grote scherptediepte ervoor zorgen dat alle delen van het object scherp worden afgebeeld. De scherptediepte wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de brandpuntsafstand, de diafragma-opening en de werkafstand. Over het algemeen leidt een kortere brandpuntsafstand, een kleinere diafragma-opening (hogere f-waarde) en een grotere werkafstand tot een grotere scherptediepte.

Vervorming

Vertekening in een lens zorgt ervoor dat het beeld van een object met rechte lijnen gebogen lijkt. Er zijn twee hoofdvormen van vervorming: tonvormige vervorming, waarbij het beeld aan de randen naar buiten toe bol lijkt, en kussenvormige vervorming, waarbij het beeld aan de randen naar binnen toe ingetrokken lijkt. In toepassingen waarin nauwkeurige geometrische metingen cruciaal zijn, zoals in de metrolgie of robotnavigatie, zijn lenzen met weinig vervorming onmisbaar. Bijvoorbeeld in een pakkend systeem met een robotarm is een lens met minimale vervorming nodig om de positie en oriëntatie van objecten nauwkeurig te kunnen herkennen.

Werkafstand

De werkafstand is de afstand vanaf het voorste punt van de lens tot het te beeldvormen object. Deze wordt bepaald door de eisen van de toepassing. Sommige toepassingen, zoals het inspecteren van kleine componenten op een printplaat, vereisen een korte werkafstand, terwijl andere, zoals het monitoren van grote buitenruimtes, een lange werkafstand nodig hebben. De werkafstand heeft ook invloed op andere lensparameters, zoals het gezichtsveld en de scherptediepte.

Bevestiging en Compatibiliteit

De lens moet compatibel zijn met de camera waarmee deze wordt gebruikt. Verschillende camera's hebben verschillende soorten bevestigingen, zoals C-mount, CS-mount of F-mount. Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de lens de juiste bevestiging heeft om stevig op de camera te passen. Daarnaast moet de lens compatibel zijn met de sensorgrootte van de camera. Het gebruik van een lens met een beeldcirkel die te klein is voor de sensor kan resulteren in vignetteren (verdonkering van de hoeken van het beeld) of onvolledige bedekking van de sensor.

Soorten Machine Vision Lenses

Vast - brandpuntsafstand lenzen

Lenzen met vaste brandpuntsafstand, ook wel bekend als prime lenzen, hebben een enkele, onveranderlijke brandpuntsafstand. Ze zijn relatief eenvoudig in ontwerp en bieden vaak een hoge optische prestatie in termen van resolutie en weinig vervorming. Deze lenzen zijn geschikt voor toepassingen waarbij het zichtveld en de werkafstand vast liggen. Bijvoorbeeld, in een streepjescodescansysteem bij de kassa van een supermarkt, kan een lens met vaste brandpuntsafstand worden gebruikt om duidelijke afbeeldingen van streepjescodes op een bepaalde afstand te maken.

Zoomlenzen

Zoomlenzen stellen de gebruiker in staat om de brandpuntsafstand te veranderen, waardoor het beeldveld verandert. Hierdoor zijn ze veelzijdig inzetbaar voor toepassingen waarbij de camera verschillende gebieden of objecten op diverse afstanden moet vastleggen. In een beveiligingssysteem kan een zoomlens worden afgestemd op verschillende delen van een gebouw of gebruikt worden om bewegende objecten te volgen. Zoomlenzen bieden echter mogelijk niet dezelfde optische prestaties als lenzen met een vaste brandpuntsafstand, vooral wat betreft resolutie en vervorming.

Telecentrische Lenzen

Telecentrische lenzen zijn ontworpen om een constante vergroting te behouden, ongeacht de afstand tot het object binnen een bepaald bereik. Dit maakt ze ideaal voor toepassingen die nauwkeurige metingen vereisen, zoals bij kwaliteitscontrole van geproduceerde onderdelen. In een precisiebewerkingsfabriek kunnen telecentrische lenzen worden gebruikt om de afmetingen van machinale componenten met hoge nauwkeurigheid te meten, omdat zij de effecten van perspectivische vervorming elimineren.

Macro-lenzen

Macro-objectieven zijn geoptimaliseerd voor close-up fotografie en zijn in staat om hoge vergrotingsverhoudingen te bereiken. Ze worden gebruikt in toepassingen waar kleine objecten of fijne details moeten worden onderzocht, zoals bij juweleninspectie of biologische specimenbeeldvorming. In een juwelenproductieproces kunnen macro-objectieven worden gebruikt om de verfijnde details van edelsteenzettings of de kwaliteit van het metaalwerk te inspecteren.

Conclusie

Het kiezen van de juiste lens voor een machinevisie-applicatie is een complexe procedure waarbij meerdere factoren in overweging moeten worden genomen. Door zorgvuldig de beeldhoek, resolutie, scherptediepte, vervorming, werkafstand, montagecompatibiliteit en omgevingsvereisten te evalueren, kunnen ingenieurs en systeemintegratoren een lens selecteren die de prestaties van het machinesichtsysteem optimaliseert. Of het nu gaat om industriële automatisering, kwaliteitscontrole of wetenschappelijk onderzoek, de juiste keuze van de lens is cruciaal om nauwkeurige en betrouwbare beelddata te verkrijgen voor verdere analyse en besluitvorming.