Các loại ống kính thị giác máy: Cố định, Telecentric, Zoom

Ống kính tiêu cự cố định: Nền tảng của độ ổn định và độ rõ nét trong thị giác máy

Độ phóng đại nhất quán, biến dạng tối thiểu và hiệu năng MTF cao

Việc chụp ảnh công nghiệp đạt kết quả tốt hơn nhiều khi sử dụng ống kính tiêu cự cố định ống kính tiêu cự cố định vì chúng duy trì độ ổn định ngay cả khi khoảng cách làm việc thay đổi. Các ống kính này giữ độ phóng đại trong phạm vi ±0,05%, một thành tích khá ấn tượng nếu xét đến mức độ nhạy cảm cao của một số ứng dụng. Thiết kế quang học cũng không phức tạp, do đó độ méo hình được giữ dưới 0,1%. Điều này rất quan trọng đối với các phép đo chính xác trong công tác đo lường học. Về chỉ số chất lượng ảnh, các ống kính này đạt điểm trên 0,8 theo thang đo MTF ở tần số 50 cặp đường/mm. Tất cả những điều này có ý nghĩa gì? Đó là các cạnh và chi tiết sắc nét hơn, dễ nhận diện một cách đáng tin cậy hơn. Các ống kính zoom thông thường không thể đạt được mức độ nhất quán về hiệu năng như vậy trong hầu hết các môi trường công nghiệp.

Các trường hợp sử dụng lý tưởng: Kiểm tra tốc độ cao và các nhiệm vụ đo lường học lặp lại

Các ống kính này hoạt động rất tốt trong những môi trường yêu cầu kiểm tra nhanh chóng, chẳng hạn như khi quan sát các tấm bán dẫn (wafer). Thiết kế đặc biệt của chúng cho phép chụp ảnh nhất quán ngay cả khi di chuyển với tốc độ trên 500 chi tiết mỗi phút. Về mặt đo lường chính xác, các ống kính này giúp giảm sai số xuống dưới 1 micromet do không cần điều chỉnh liên tục tiêu điểm. Điều này cũng giúp tiết kiệm chi phí. Một nghiên cứu do Viện Ponemon thực hiện năm 2023 chỉ ra rằng các công ty đã tiết kiệm khoảng 740.000 USD mỗi năm chỉ riêng chi phí nhân công liên quan đến hiệu chuẩn lại thiết bị. Ngoài ra, chất lượng chế tạo của các ống kính này đủ bền để chịu được biến đổi nhiệt độ và rung động, nhờ đó chúng trở thành công cụ thiết yếu trong việc kiểm tra các bộ phận ô tô trong quá trình lắp ráp hoặc đảm bảo thiết bị y tế đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng.

Ống kính telecentric: Đo lường chính xác thông qua phép chiếu trực giao

Loại bỏ sai số phối cảnh để tạo ảnh đúng tỷ lệ trên toàn bộ chiều sâu

Ống kính telecentric hoạt động khác với các hệ thống quang học thông thường vì chúng sử dụng loại phép chiếu gọi là phép chiếu trực giao. Về cơ bản, những ống kính này thu nhận các tia sáng song song với nhau và vuông góc với cảm biến hình ảnh. Lợi thế lớn nhất ở đây là loại bỏ hoàn toàn các biến dạng phối cảnh gây sai lệch kết quả đo khi chi tiết dịch chuyển tiến hoặc lùi. Hãy xem xét một ví dụ đơn giản như một lỗ tròn trên tấm kim loại: qua ống kính máy ảnh thông thường, nếu chi tiết nghiêng dù chỉ một chút, lỗ đó sẽ xuất hiện dưới dạng hình elip thay vì hình tròn. Tuy nhiên, với kỹ thuật chụp ảnh telecentric, lỗ luôn giữ nguyên hình dạng tròn hoàn hảo bất kể vị trí tương đối của nó so với ống kính ra sao. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc kiểm tra chính xác kích thước lỗ trên các chi tiết đã gia công. Nghiên cứu cho thấy các thiết lập thông thường có thể sai lệch tới 3% nếu không được hiệu chỉnh đúng cách, trong khi các giải pháp telecentric đạt độ chính xác ở mức dưới một pixel ngay cả khi độ sâu thay đổi ±5 mm. Điều làm nên giá trị vượt trội của loại ống kính này là độ phóng đại luôn giữ nguyên không đổi, bất kể vật thể ở gần hay xa. Chính sự ổn định này khiến các nhà sản xuất tin tưởng lựa chọn chúng để đo đạc các thông số như độ dày của cạnh chi tiết hay khoảng cách giữa các chân cắm trên bộ nối — những nhiệm vụ mà ống kính thông thường không thể thực hiện một cách đáng tin cậy.

Vùng quan sát thực tế (ROI): Cách ống kính telecentric giảm tần suất gia công lại và hiệu chuẩn

Các giải pháp telecentric giúp giảm đáng kể chi phí vận hành khi thực hiện các công việc yêu cầu độ chính xác cao, bởi chúng loại bỏ ngay từ đầu các sai số do hiệu ứng phối cảnh. Các nhà máy đo lường các linh kiện điện tử nhỏ thường ghi nhận tỷ lệ dữ liệu đo sai bị loại bỏ do lỗi giảm khoảng 40%, đồng thời thời gian dành cho việc hiệu chuẩn lại cũng giảm khoảng 60% sau khi chuyển sang sử dụng các ống kính telecentric. Vì sao điều này xảy ra? Bởi những thấu kính quang học đặc biệt này không bị ảnh hưởng bởi các thay đổi về độ sâu hay các biến dạng mép bất thường — vốn thường gây sai lệch trong phép đo và buộc phải hiệu chỉnh lại thường xuyên. Khi kết hợp cùng các đồ gá chất lượng cao, bạn sẽ có được một hệ thống đo lường ổn định, duy trì độ chính xác qua hàng ngàn, thậm chí hàng chục ngàn chu kỳ sản xuất mà không cần can thiệp thủ công để điều chỉnh. Điều này tạo nên sự khác biệt lớn đối với những nhiệm vụ then chốt như kiểm tra xem thiết bị y tế có đáp ứng đúng thông số kỹ thuật hay không, hoặc căn chỉnh các vi mạch siêu nhỏ trong lĩnh vực bán dẫn.

Ống kính zoom: Cân bằng giữa tính linh hoạt và hiệu năng trong các ứng dụng thị giác máy động

Thiết kế parfocal và điều khiển bằng động cơ để điều chỉnh linh hoạt phạm vi quan sát

Ngày nay, các ống kính zoom có thể điều chỉnh phạm vi quan sát trong khi vẫn giữ toàn bộ hình ảnh ở trạng thái nét nhờ một công nghệ gọi là ổn định parfocal. Điều này đặc biệt quan trọng trên các dây chuyền lắp ráp robot, nơi các vật thể liên tục di chuyển ở những khoảng cách khác nhau so với camera. Việc điều khiển bằng động cơ giúp người vận hành không cần phải điều chỉnh thủ công các thông số mỗi khi thay đổi độ phóng đại. Theo Tạp chí Hệ thống Thị giác (Vision Systems Journal) năm ngoái, giải pháp này giúp tiết kiệm khoảng 15% thời gian kiểm tra — một con số tích lũy đáng kể theo thời gian. Khi kiểm tra sản phẩm trên băng chuyền luôn vận hành liên tục, những ống kính này có khả năng bám theo các chi tiết khi chúng đi ngang qua, ngay cả khi vị trí của chi tiết thay đổi tương đối so với góc đặt camera. Điều gì khiến chúng hoạt động hiệu quả đến vậy? Đó là các hệ thống tích hợp sẵn có khả năng liên tục kiểm tra và tự động hiệu chỉnh tiêu cự, từ đó loại bỏ những khoảng dừng khó chịu giữa các lần quét — vốn làm chậm tiến độ dây chuyền sản xuất.

Sự đánh đổi giữa độ phân giải và tính linh hoạt: Khi chức năng zoom mang lại giá trị mà không làm giảm độ chính xác

Mặc dù các ống kính cố định mang lại chỉ số MTF cao nhất, các ống kính zoom hiện đại đạt được độ rõ nét tương đương nhờ hệ thống ổn định quang học tiên tiến. Các yếu tố cần cân nhắc bao gồm:

• Ngưỡng độ phân giải : Quang học zoom hiện nay cung cấp độ phân giải nhất quán trên >120 lp/mm trên toàn bộ dải tiêu cự
• Kinh tế vận hành : Giảm số lần thay thế phần cứng giúp cắt giảm 30% lao động hiệu chuẩn
• Giảm thiểu lỗi : Kiểm tra ở nhiều vị trí giúp tránh các điểm mù trong phát hiện khuyết tật trên bảng mạch in (PCB)

Các nhà sản xuất hàng đầu báo cáo độ chính xác kiểm tra đạt 99,2% khi triển khai ống kính zoom cho các tác vụ linh hoạt như xác minh bao bì sản phẩm hỗn hợp. Tính linh hoạt này loại bỏ sự đánh đổi truyền thống về độ phân giải, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các cơ sở sản xuất năng động xử lý nhiều lô sản xuất đa dạng.

Đã sẵn sàng lựa chọn loại ống kính thị giác máy phù hợp chưa?

Loại ống kính phù hợp phụ thuộc vào các ưu tiên của bạn: độ ổn định (cố định), độ chính xác (telecentric) hoặc tính linh hoạt (zoom). Bằng cách lựa chọn ống kính sao cho phù hợp với tốc độ, yêu cầu đo lường và sự đa dạng sản phẩm trong ứng dụng của bạn, bạn sẽ đạt được kết quả kiểm tra nhất quán.

Để được tư vấn chuyên biệt về các loại ống kính cố định, telecentric hoặc zoom — bao gồm cả khả năng tương thích với hệ thống camera của bạn — hãy hợp tác cùng nhà cung cấp có kinh nghiệm thực tiễn trong lĩnh vực công nghiệp. Với 15 năm kinh nghiệm, HIFLY cung cấp đầy đủ cả ba loại ống kính nói trên cũng như các giải pháp thị giác máy tích hợp, đảm bảo đáp ứng đúng nhu cầu sản xuất của bạn. Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để được tư vấn miễn phí nhằm tối ưu hóa việc lựa chọn ống kính.