Rodzaje obiektywów do wizji maszynowej: stałe, telecentryczne i zoom

Obiektywy o stałej długości ogniskowej: podstawa stabilności i ostrości w przemysłowym widzeniu maszynowym

Stałe powiększenie, minimalne zniekształcenia oraz wysoka wydajność MTF

Przemysłowe obrazowanie daje znacznie lepsze wyniki przy użyciu obiektywów o stałej długości ogniskowej obiektywów o stałej długości ogniskowej ponieważ pozostają stabilne nawet przy zmianach odległości roboczej. Te obiektywy utrzymują powiększenie w zakresie ±0,05%, co jest dość imponujące, biorąc pod uwagę, jak wrażliwe mogą być niektóre zastosowania. Projekt optyczny również nie jest skomplikowany, więc zniekształcenia pozostają poniżej 0,1%. Ma to ogromne znaczenie dla dokładnych pomiarów w metrologii. W zakresie metryk jakości obrazu te obiektywy osiągają wynik powyżej 0,8 na skali MTF przy 50 parach linii na milimetr. Co to oznacza? Ostry bardziej wyraźne krawędzie i cechy łatwiejsze do niezawodnego rozpoznania. Obiektywy zoom nie dorównują tej spójności wydajności w większości zastosowań przemysłowych.

Zastosowania idealne: inspekcja wysokoprędkościowa oraz powtarzalne zadania metrologiczne

Te obiektywy działają bardzo dobrze w miejscach, gdzie konieczne jest szybkie sprawdzanie elementów, na przykład podczas analizy płytek półprzewodnikowych. Ich konstrukcja pozwala na uzyskiwanie spójnych obrazów nawet przy prędkości przesuwu przekraczającej 500 części na minutę. W zakresie dokładnych pomiarów te obiektywy ograniczają błędy do wartości poniżej 1 mikrometra, ponieważ nie ma potrzeby ciągłego korygowania ostrości. Oznacza to również oszczędności finansowe. Badanie przeprowadzone w 2023 roku przez Instytut Ponemon wykazało, że firmy oszczędzają średnio około 740 000 USD rocznie wyłącznie na kosztach pracy związanych z ponowną kalibracją sprzętu. Dodatkowo wysoka jakość wykonania pozwala tym obiektywom na odporność na zmiany temperatury i wibracje, co czyni je niezbędnymi narzędziami do kontroli elementów samochodowych w trakcie montażu lub zapewnienia zgodności urządzeń medycznych ze standardami jakości.

Obiektywy telecentryczne: precyzyjne pomiary poprzez rzutowanie ortograficzne

Eliminacja błędu perspektywy w celu uzyskania obrazów w prawdziwej skali na całej głębokości

Obiektywy telecentryczne działają inaczej niż zwykłe systemy optyczne, ponieważ wykorzystują tzw. rzut ortograficzny. Zasadniczo obiektywy te przechwytują promienie światła biegnące równolegle do siebie i padające na czujnik obrazu pod kątem prostym. Główną zaletą tego rozwiązania jest eliminacja uciążliwych zniekształceń perspektywicznych, które zakłócają pomiary przy przesuwaniu się elementów w przód lub tył. Weźmy na przykład prosty okrągły otwór w metalu. Przy użyciu standardowych obiektywów aparatu fotograficznego nawet niewielkie nachylenie elementu sprawia, że otwór ten wydaje się eliptyczny zamiast okrągły. Natomiast przy obrazowaniu telecentrycznym otwór pozostaje idealnie okrągły niezależnie od jego położenia względem obiektywu. Ma to ogromne znaczenie przy precyzyjnym pomiarze średnicy otworów w wyrobach przemysłowych. Badania wskazują, że w przypadku standardowych układów pomiarowych błąd może wynosić nawet 3 procent bez odpowiedniej korekcji, podczas gdy rozwiązania telecentryczne osiągają dokładność na poziomie mniejszym niż pojedynczy piksel nawet przy zmianach głębokości o ±5 mm. Kluczową cechą tych obiektywów jest stała wielkość powiększenia niezależnie od odległości obiektu od obiektywu – zarówno gdy znajduje się on blisko, jak i daleko. To właśnie ta stabilność sprawia, że producenci polegają na nich przy pomiarach takich parametrów jak grubość krawędzi czy odległość między pinami w łącznikach – zadania, z którymi zwykłe obiektywy nie radzą sobie w sposób wiarygodny.

Rzeczywista strefa interesu (ROI): Jak obiektywy telecentryczne zmniejszają potrzebę ponownej obróbki i częstotliwość kalibracji

Rozwiązania telecentryczne znacznie obniżają koszty operacyjne przy wykonywaniu prac wymagających wysokiej precyzji, ponieważ eliminują błędy perspektywy już na wstępnym etapie. Zakłady produkujące drobne elementy elektroniczne odnotowują około 40-procentowe zmniejszenie liczby błędnych odczytów odrzucanych jako odpad, a także około 60-procentowe skrócenie czasu poświęcanego na korekcję problemów z kalibracją po przejściu na obiektywy telecentryczne. Dlaczego tak się dzieje? Otóż te specjalne optyki nie są zaburzane zmianami głębokości ani dziwnymi zniekształceniami krawędzi, które zwykle wpływają na dokładność pomiarów i wymuszają regularne ponowne ustawianie systemu. Po połączeniu ich z wysokiej jakości uchwytami uzyskuje się solidny system pomiarowy, który zachowuje stałą dokładność przez dziesiątki tysięcy cykli produkcyjnych bez konieczności interwencji człowieka. Jest to kluczowe w ważnych zadaniach, takich jak weryfikacja zgodności urządzeń medycznych ze specyfikacjami lub precyzyjne pozycjonowanie mikroskopijnych układów scalonych w półprzewodnikach.

Obiektywy zoom: Balansowanie elastyczności i wydajności w dynamicznych zastosowaniach wizji maszynowej

Projekt parfokalny i sterowanie silnikowe umożliwiające adaptacyjną regulację pola widzenia

Współczesne obiektywy zoom mogą dostosowywać swoje pole widzenia, zachowując przy tym ostrość obrazu dzięki tzw. stabilizacji parfokalnej. Jest to szczególnie istotne na liniach montażowych zrobotyzowanych, gdzie obiekty poruszają się ciągle w różnych odległościach od kamery. Sterowanie silnikowe oznacza, że operatorzy nie muszą ręcznie korygować ustawień przy zmianie poziomu powiększenia. Zgodnie z raportem „Vision Systems Journal” z ubiegłego roku, dzięki temu skraca się czas inspekcji o około 15%, co w skali czasu przekłada się na znaczne oszczędności. Podczas kontroli produktów na taśmociągach, które nie przerywają pracy, obiektywy te śledzą elementy w miarę ich przemieszczania się, nawet gdy ich położenie względem kąta widzenia kamery ulega zmianie. Dlaczego działają one tak skutecznie? Dzięki wbudowanym systemom, które stale sprawdzają i automatycznie korygują ostrość, eliminując uciążliwe przerwy między skanami, które spowalniają linie produkcyjne.

Kompromisy między rozdzielczością a wszechstronnością: Kiedy zoom dodaje wartości bez utraty dokładności

Chociaż obiektywy stałoogniskowe zapewniają maksymalne oceny MTF, nowoczesne obiektywy zoom osiągają porównywalną wyrazistość dzięki zaawansowanej optycznej stabilizacji obrazu. Kluczowe kwestie do rozważenia obejmują:

• Progowe wartości rozdzielczości : Optyka zoom zapewnia teraz spójną rozdzielczość >120 lp/mm w całym zakresie ogniskowych
• Ekonomia operacyjna : Zmniejszenie liczby wymian sprzętu skraca czas pracy z kalibracją o 30%
• Minimalizacja błędów : Kontrole w wielu pozycjach eliminują ślepe strefy podczas wykrywania wad płytek PCB

Wiodący producenci zgłaszają dokładność inspekcji na poziomie 99,2%, gdy stosują obiektywy zoom do zadań elastycznych, takich jak weryfikacja opakowań produktów mieszanych. Ta wszechstronność pozwala uniknąć tradycyjnego kompromisu dotyczącего rozdzielczości, czyniąc je idealnym wyborem dla dynamicznych zakładów produkcyjnych obsługujących różnorodne serie produkcyjne.

Gotowi wybrać odpowiedni typ obiektywu do systemów widzenia maszynowego?

Odpowiedni typ obiektywu zależy od priorytetów użytkownika: stabilności (stały), precyzji (telecentryczny) lub elastyczności (zoom). Dopasowując cechy obiektywu do prędkości działania aplikacji, wymagań pomiarowych oraz różnorodności produkowanych przedmiotów, uzyskasz spójne wyniki inspekcji.

Aby uzyskać spersonalizowaną poradę dotyczącą obiektywów stałych, telecentrycznych lub zoom, w tym ich zgodności z Twoim systemem kamery, skonsultuj się z dostawcą posiadającym sprawdzone doświadczenie przemysłowe. 15-letnie doświadczenie HIFLY obejmuje wszystkie trzy typy obiektywów oraz zintegrowane rozwiązania w zakresie widzenia maszynowego, zapewniając dopasowanie do potrzeb Twojej produkcji. Skontaktuj się z nami już dziś, aby umówić się na bezpłatną konsultację mającą na celu zoptymalizowanie wyboru obiektywu.