Kako industrijski objektivi zagotavljajo natančne rezultate strojno vidnega sistema

Ključna vloga industrijskega objektiva pri natančnosti merjenja

Zakaj so optične napake industrijskih objektivov glavni vzrok odpovedi strojne vizije

Ko industrijski objektivi imajo optične napake, kot so kromatična aberacija ali sferična distorzija, to zelo močno poslabša natančnost meritev. Pri pregledu poročil o proizvodnih revizijah ugotavljamo, da približno 60 % vseh napačnih zavrnitev v avtomatiziranih sistemih za pregled izvira iz teh nerešenih problemov z objektivi. Majhne distorzije lahko povzročijo neujemanje med poravnavo slik in dejanskimi meritvami, kar povzroča resne težave pri natančnih opravilih, kot so preverjanje polprevodniških plošč ali potrjevanje medicinskih naprav. Da bi preprečili take odpovedi, morajo podjetja usmeriti pozornost na ustrezno kalibracijo objektivov in optimizacijo celotne optične poti. Preprosto prilagajanje senzorjev ali programske opreme ni dovolj za odpravo problema, ki je po svoji naravi optičen.

Kako poravnava objektiva in senzorja določa geometrijsko točnost: nadzor distorzije, zatemnitve (vignetting) in pokritosti slike (image circle coverage)

Natančno mehansko sklopitev med objektivom in slikovnim senzorjem določa geometrijsko natančnost vzdolž treh medsebojno povezanih parametrov:

• Upravljanje izkrivljanja zmanjšuje učinke cevke ali blazine, ki izkrivljajo merjenje razsežnosti
• Upravljanje zatemnitve robov zagotavlja enakomerno osvetlitev po celotnem vidnem polju
• Pokritost slike kroga mora presegati dimenzije senzorja, da se prepreči izguba podatkov na robu

Nesklajenost povzroča paralaksne napake, ki presegajo 0,1 % – mejo, ki krši dopustne tolerance za letalsko-kosmične komponente. Poljske študije potrjujejo, da optimizirane konfiguracije leč-senzor zmanjšajo negotovost pri merjenju razsežnosti do 80 % v primerjavi z nesklajenimi nastavitvami.

Ključni kriteriji izbire industrijskih leč za aplikacije z visoko natančnostjo

Goriščna razdalja, delovna razdalja in vidno polje: optimizacija natančnosti znotraj fizičnih omejitev

Doseg pravilne goriščne razdalje je vsebinsko odvisno od najdbe optimalne točke med velikostjo senzorja, delovno razdaljo (WD) in t.i. vidnim poljem (FOV). Pri uporabi krajših goriščnih razdalj se vidno polje razširi, hkrati pa se globina ostrosti znatno zmanjša. Nasprotno pa daljši objektivi zagotavljajo ožja vidna polja, vendar povečajo stopnjo povečave. Za tiste, ki delajo pri pregledu polprevodnikov, lahko napačna izbira teh parametrov povzroči resne težave, kot so geometrične distorzije, ki presegajo sprejemljivo območje ±0,1 %. Prav tako je treba upoštevati tudi realne omejitve v praksi. Prostor, na voljo za robotske roke ali za namestitev transportnih trakov, pogosto določa stroge meje, kako daleč nazaj lahko postavimo kamero. Hkrati mora končno vidno polje zajeti vse pomembne značilnosti brez izgube ostrosti. Tu je še ena zanimivost glede sodelovanja senzorjev in objektivov: če nekdo združi senzor z ločljivostjo 5 megapixelov z objektivom nizke kakovosti, se po najnovejših raziskavah iz leta 2023 na področju metrologije izgubi približno 37 % možne natančnosti merjenja. Zato je v praksi tako pomembno uskladiti zmogljivosti senzorja z visokokakovostno optiko.

Telecentrične nasproti entocentričnim industrijskim lečam: Odprava paralaksnih napak pri dimenzionalni merilni tehniki

Telecentrične leče rešijo pogosto pojavljen problem meritve, pri katerem se predmeti na različnih razdaljah izgledajo deformirano. Ohranjajo enako povečavo ne glede na to, kako daleč je predmet od leče, kar jih naredi izjemno primernimi za merjenje okroglih delov ali večplastnih komponent. Standardne leče delujejo drugače, saj dovolijo, da svetloba zadene senzor pod koti, kar povzroča znane paralaksne napake. Pri telecentrični optiki svetloba ostaja vzporedna ob zadajanju površine senzorja. To je zelo pomembno, na primer pri pregledu drobnih podrobnosti na ležajih. Običajne leče lahko meritve zgrešijo za približno 3 % le na podlagi tega, kje je položena kamera. Entocentrične leče še vedno imajo svoje mesto, zlasti pri iskanju napak na površinah, vendar, ko gre za natančnost na ravni mikronov in ko postane globina kritična, v metroloških aplikacijah ni nadomestka za telecentrično tehnologijo.

Poročilo o strojni viziji za leto 2024 potrjuje, da sprejem telecentričnih sistemov zmanjša odmik pri kalibraciji za 89 % v avtomobilskih metroloških sistemih – kar zagotavlja dolgoročno natančnost kljub višji začetni naložbi.

Pretvorba optičnih kazalcev zmogljivosti v dejansko natančnost v praksi

Funkcija modulacijskega prenosa (MTF), kartiranje distorzije in nadzor aberacij: od laboratorijskih specifikacij do preverjenih deležev uspešnosti pri pregledu farmacevtske embalaže

Industrijski objektivi pretvarjajo laboratorijske optične specifikacije v merljive proizvodne rezultate s pomočjo treh preverjenih kazalcev:

• Funkcija modulacijskega prenosa (MTF) količinsko določa ohranitev kontrasta pri naraščajočih prostorskih frekvencah; vrednosti nad 0,6 pri 50 lp/mm zanesljivo zaznajo mikrodefekte, kot so razpoke na vratih steklenic
• Kartiranje distorzije , kalibrirano na manj kot 0,1 % sodčaste ali blazine podobne distorzije, zagotavlja natančnost postavitve nalepk znotraj toleranc ±0,05 mm
• Nadzor aberacij večvalovnih sistemov zmanjšuje kromatske premike fokusa, da ohrani ostrost robov na različnih embalažnih materialih

Številke resnično pomembne, kadar gre za zanesljivost pregleda. Farmacevtske družbe, ki uporabljajo napredne metode preverjanja leč, kot so analiza MTF, preverjanje distorzije in potrjevanje aberacij, dosegajo stopnje zaznavanja napak nad 99,8 % za resne težave. To je veliko bolje od običajnega razpona 92–95 %, ki ga dajejo standardni optični sistemi. Takšna natančnost preprečuje, da bi v proizvodni tok prišle težave, kot so nepravilno centrirane varnostne zaporne nalepke, neberljive številke serij in majhne delce, preden dosežejo stranke. Pomislite, kaj to pomeni finančno – povprečna cena odpovedi izdelkov znaša približno 740.000 USD, kar ugotavlja raziskava Ponemon Institutea iz lanskega leta. Ko proizvajalci povežejo tehnične specifikacije svoje opreme z dejanskimi podatki iz proizvodnje, ne le izpolnijo zahtev FDA iz 21 CFR, del 11, temveč tudi prihranijo denar, saj se izognejo nepotrebnemu zavrnitvi brezhibnih izdelkov.

Preverjanje delovanja industrijskih leč v proizvodnih okoljih

Industrijske leče ne smejo le izpolnjevati laboratorijskih standardov, temveč se morajo pravilno delovati tudi po namestitvi na tovarniških tleh, kjer je vse zelo nepregledno. Spremembe temperature skozi dan, stalne vibracije strojev in stik z različnimi kemikalijami vse skupaj ovirajo rezultate nadzorovanih preskusov. Nedavna primerjalna študija v avtomobilski industriji je pokazala, da so kljub pospešenim laboratorijskim preskusom, ki so simulirali leta obrabe, popolnoma spregledali škodo, povzročeno s stikom z cestno soljo, ki je bila jasno vidna šele po dejanski namestitvi v zahtevnih okoljih. To poudarja, zakaj je preskušanje v resničnem svetu tako pomembno za gradnjo natančnih modelov zanesljivosti. Kadar gre za natančnost, kot je npr. preverjanje kakovosti zdravil, največji proizvajalci več ne sprejemajo tveganj. Za zagotavljanje, da ostanejo vsi optični sistemi časovno v predpisanih mejah, redno opravljajo preverjanja njihovega delovanja.

• Testiranje okoljskega stresa simulacija toplotnega cikliranja in mehanskega udara za oceno stabilnosti leč
• Spremljanje MTF v vrsti spremljanje odmika funkcije modulacijskega prenosa med dolgotrajnim delovanjem
• Kartiranje distorzije primerjava izvirne geometrijske natančnosti z občasnimi proizvodnimi vzorci

Inštitut Ponemon je leta 2023 poročal, da se približno dve tretjini napak pri strojno vidu, ki jih povzročajo neovrednoteni optični deli, pojavita že v prvih šestih mesecih po namestitvi. Za rešitev tega problema so vodilni proizvajalci začeli izvajati popolne preskuse veljavnosti na vsaki enoti v manj kot petih sekundah. Ti hitri pregledi zajamejo vsak posamezen izdelan predmet brez upočasnitve sestavljene linije in povezujejo delovanje leč z dejanskimi napakami izdelkov, ki jih opazimo kasneje. S stalno primerjavo merilnih podatkov z optičnimi nastavitvami ohranjajo ti sistemi izjemno natančna merjenja na podpikslni ravni, tudi kadar se proizvodni pogoji skozi dan spreminjajo.

Ste pripravljeni izboljšati natančnost vašega strojnega vida z industrijskimi lečami?

Industrijski objektivi niso sekundarni del sistemi strojno vidnega opazovanja ; temveč so temelj natančnosti merjenja in zanesljivosti zaznavanja napak. Od zmanjševanja optičnih napak in optimizacije poravnave objektiva in senzorja do izbire pravilnega telecentričnega ali entocentričnega objektiva za vašo uporabno primer, vsaka odločitev o industrijskih objektivih neposredno vpliva na izkoristek vaše proizvodnje, delež lažno zavrnjenih izdelkov in splošno operativno učinkovitost.

S 15-letno izkušnjo na področju strojno vidnega opazovanja ponuja podjetje HIFLY Technology celovito paleto industrijskih objektivov , vključno visoka natančnost telecentričnih objektivov, entocentričnih objektivov in prilagojenih optičnih rešitev , z razvitimi specifikacijami, ki ustrezajo zahtevam po natančnosti vaše posebne aplikacije. Naši objektivi so kalibrirani za brezhibno integracijo z HIFLY industrijskimi kamerami in osvetlitvijo za strojno vidno opazovanje, s čimer ustvarjajo popolnoma optimiziran optični sistem za vaše procese pregleda in metrologije. Z zagotovljeno certifikacijo ISO 9001:2015 in globalno tehnično podporo zagotavljamo, da vaši industrijski objektivi zagotavljajo dosledno laboratorijsko natančnost natančnost v dejanskem svetu tovarniške proizvodnje.

Kontaktirajte nas danes za brezobvezno svetovanje pri izbiri in kalibraciji industrijskih leč, ki bodo maksimalno izkoristile vaš sistem strojno vidnega opazovanja sistemov natančnost in zanesljivost.