Типы объективов машинного зрения: фиксированные, телескопические и зум-объективы

Объективы с фиксированным фокусным расстоянием: основа стабильности и чёткости в машинном зрении

Постоянное увеличение, минимальные искажения и высокая производительность по функции передачи модуляции (MTF)

Промышленная визуализация даёт значительно лучшие результаты с использованием объективов с фиксированным фокусным расстоянием объективами с фиксированным фокусным расстоянием потому что они сохраняют стабильность даже при изменении рабочих расстояний. Эти объективы поддерживают увеличение в пределах ±0,05 % — довольно впечатляющий показатель, учитывая высокую чувствительность некоторых применений. Оптическая схема также не является сложной, поэтому искажения остаются ниже 0,1 %. Это имеет большое значение для точных измерений в метрологических задачах. Что касается метрик качества изображения, то эти объективы набирают более 0,8 балла по шкале МПФ (модуляционно-передаточной функции) при 50 пар линий на миллиметр. Что это означает на практике? Более чёткие края и детали, которые легче и надёжнее распознавать. Зум-объективы просто не обеспечивают такой стабильности характеристик в большинстве промышленных условий.

Идеальные сферы применения: высокоскоростной контроль и повторяющиеся метрологические задачи

Эти объективы отлично работают в тех местах, где требуется быстрая проверка объектов, например при осмотре полупроводниковых пластин. Их конструкция обеспечивает получение стабильных изображений даже при скорости перемещения более 500 деталей в минуту. При точных измерениях эти объективы снижают погрешность до значений менее 1 микрометра, поскольку не требуют постоянной подстройки фокуса. Это также позволяет сэкономить средства. Согласно исследованию Института Понемона, проведённому в 2023 году, компании ежегодно экономили около 740 000 долларов США только за счёт снижения трудозатрат, связанных с повторной калибровкой оборудования. Кроме того, высокое качество исполнения обеспечивает устойчивость к колебаниям температуры и вибрациям, что делает такие объективы незаменимыми при контроле автомобильных компонентов на этапе сборки или при проверке соответствия медицинских устройств установленным стандартам качества.

Телескопические объективы: точные измерения благодаря ортографической проекции

Устранение перспективных искажений для получения изображений в истинном масштабе по всей глубине

Телецентрические объективы работают иначе, чем обычные оптические системы, поскольку используют так называемую ортографическую проекцию. По сути, такие объективы собирают световые лучи, параллельные друг другу, которые попадают на матрицу изображения под прямым углом. Главное преимущество заключается в том, что они устраняют нежелательные перспективные искажения, которые нарушают точность измерений при перемещении деталей вперёд или назад. Рассмотрим простой пример — круглое отверстие в металлической детали. Через обычные объективы даже незначительный наклон детали приводит к тому, что отверстие выглядит овальным вместо круглого. Однако при телецентрической съёмке форма отверстия остаётся идеально круглой независимо от его положения относительно объектива. Это особенно важно при контроле точных размеров отверстий в изготовленных деталях. Исследования показывают, что при использовании обычных систем погрешность может достигать 3 % без соответствующей коррекции, тогда как телецентрические решения обеспечивают точность на уровне долей пикселя даже при изменениях глубины на ±5 мм. Особую ценность такой технологии придаёт постоянство увеличения: оно остаётся неизменным независимо от того, находится объект близко или далеко от объектива. Именно эта стабильность делает телецентрические объективы незаменимыми при измерении таких параметров, как толщина кромок или расстояние между контактными штырями разъёмов — задачи, с которыми обычные объективы не справляются надёжно.

Практическая зона интереса (ROI): как телецентрические объективы снижают объём переделок и частоту калибровки

Телецентрические решения значительно снижают эксплуатационные расходы при выполнении высокоточных работ, поскольку устраняют перспективные погрешности уже на начальном этапе. На заводах, где измеряются мелкие электронные компоненты, количество бракованных измерений, отбраковываемых как отходы, сокращается примерно на 40 %, а время, затрачиваемое на устранение проблем с калибровкой, уменьшается примерно на 60 % после перехода на телецентрические объективы. Почему так происходит? Дело в том, что эти специализированные оптические системы не подвержены искажениям, вызванным изменениями глубины или артефактами на краях изображения, которые обычно нарушают точность измерений и вынуждают регулярно проводить повторную настройку. В сочетании с высококачественными приспособлениями (фиксаторами) они образуют надёжную измерительную систему, сохраняющую свою точность в течение десятков и сотен тысяч производственных циклов без необходимости вмешательства оператора для корректировки. Это имеет решающее значение для ответственных задач, таких как проверка соответствия медицинских устройств техническим требованиям или юстировка микроскопических чипов в полупроводниковых изделиях.

Зум-объективы: баланс между гибкостью и производительностью в динамичных приложениях машинного зрения

Парфокальный дизайн и моторизованный контроль для адаптивной регулировки поля обзора

Современные зум-объективы могут изменять своё поле обзора, сохраняя при этом чёткость изображения на всём протяжении — благодаря так называемой парфокальной стабилизации. Это особенно важно на роботизированных сборочных линиях, где объекты постоянно перемещаются на различных расстояниях от камеры. Моторизованные элементы управления позволяют операторам не выполнять ручную повторную настройку параметров при изменении кратности увеличения. Согласно данным журнала Vision Systems Journal за прошлый год, это позволяет сократить время контроля примерно на 15 % — экономия накапливается со временем. При проверке изделий на конвейерных лентах, которые никогда не останавливаются, такие объективы отслеживают детали по мере их прохождения мимо камеры, даже если их положение относительно угла обзора камеры меняется. В чём секрет их высокой эффективности? Во встроенных системах, которые постоянно контролируют фокусировку и автоматически её корректируют, устраняя раздражающие паузы между сканированиями, замедляющие работу производственных линий.

Компромисс между разрешением и универсальностью: когда зум добавляет ценность, не жертвуя точностью

Хотя фиксированные объективы обеспечивают максимальные значения МПФ, современные зум-объективы достигают сопоставимой чёткости благодаря передовым системам оптической стабилизации. Ключевые аспекты включают:

• Пороговые значения разрешения : оптика зум-объективов теперь обеспечивает стабильное разрешение >120 линий/мм по всему диапазону фокусных расстояний
• Операционная экономика : сокращение количества замен аппаратных компонентов снижает трудозатраты на калибровку на 30 %
• Снижение ошибок : многопозиционный контроль устраняет «слепые зоны» при обнаружении дефектов на печатных платах

Ведущие производители сообщают о точности контроля на уровне 99,2 % при использовании зум-объективов для гибких задач, таких как проверка упаковки смешанных продуктов. Такая универсальность позволяет избежать традиционного компромисса в разрешении, делая такие объективы идеальным решением для динамичных производственных площадок, работающих с разнообразными партиями продукции.

Готовы выбрать подходящий тип объектива машинного зрения?

Выбор подходящего типа объектива зависит от ваших приоритетов: стабильность (фиксированный), точность (телескопический) или гибкость (зум). Сопоставив характеристики объектива со скоростью работы вашей системы, требованиями к измерениям и разнообразием продукции, вы добьётесь стабильных результатов контроля.

Для получения персонализированных рекомендаций по выбору фиксированных, телескопических или зум-объективов, включая их совместимость с вашей камерой, обратитесь к поставщику с подтверждённым промышленным опытом. Опыт компании HIFLY в области машинного зрения составляет 15 лет и охватывает все три типа объективов, а также комплексные решения для машинного зрения, что гарантирует соответствие ваших производственных потребностей. Свяжитесь с нами уже сегодня для бесплатной консультации по оптимизации выбора объектива.