Shenzhen V-Plus Technologies Co, Ltd

Imazhe 3D

Lentet telecentrike bëjnë matje precize

Lentet telecentrike shtojnë një nivel ekstra precize në sistemet e shikimit makinerik.

 234 (1)

Lentet telecentrike shtojnë një nivel ekstra precize në sistemet e shikimit makinerik.

Nga Andrew Wilson, Redaktor

Në shumë sisteme të shikimit të makinës, të tilla si ato që përdoren në inspektimin e gjysmëpërçuesit, matjet e përsëritura të sakta duhet të bëhen në mënyrë të vazhdueshme. Për të siguruar që kjo të ndodhë, zhvilluesit e sistemit duhet t'u drejtohen sistemeve optike më të shtrenjta të bazuara në lentet telecentrike me të cilat mund të imazhojnë këto pjesë. Shumë nga arsyet për zgjedhjen e lenteve telecentrike dalin nga kufizimet e sistemeve më konvencionale të lenteve.

Për shembull, nëse një objekt lëviz edhe pak brenda thellësisë së fushës së një sistemi konvencional të lenteve, do të ketë një ndryshim shoqërues të zmadhimit. Në të kaluarën, ndryshimet e zmadhimit për shkak të zhvendosjes së objektit u kalibruan me anë të një kamere shtesë ose një sensori të thellësisë që ndjek distancën midis thjerrëzës dhe objektit. Përdorimi i një lente telecentrike mund të zvogëlojë ndjeshëm ose edhe të eleminojë ndryshime të tilla të zmadhimit dhe për këtë arsye të heqë nevojën për ndonjë kamera shtesë dhe parapërpunimin e të dhënave të imazhit që përndryshe mund të kërkohet për të korrigjuar për ndonjë gabim të zmadhimit.

Gabimet e perspektivës ose paralaksit gjithashtu mund të eliminohen me përdorimin e lenteve telecentrike. Në sistemet optike konvencionale, objektet më të afërta duken relativisht më të mëdha se ato më larg, sepse zmadhimi i një objekti ndryshon me distancën e tij nga thjerrëzat. Sidoqoftë, thjerrëzat telecentrike optikisht korrigjohen për këtë gabim paralaksi në mënyrë që objektet të mbeten të njëjtën madhësi të perceptuar të pavarur nga një distancë specifike nga lentet.

234 (1)

Kur optika standarde përdoret për të imazhuar objekte 3-D, objektet e largëta do të duken më të vogla se ato më larg. Si pasojë, kur një objekt i tillë si një zgavër cilindrike është imazhi, skajet rrethore të sipërme dhe të poshtme duket të jenë koncentrike dhe muret e brendshme të cilindrit janë imazhet (optikat e zakonshme sillen si sytë e njeriut kur shikoni brenda një filxhan ose një gote) . Sidoqoftë, duke përdorur optikën telecentrike, buza e poshtme dhe muret e brendshme zhduken dhe për këtë arsye lentet telecentrike japin një pamje 2-D të një objekti 3-D, duke e bërë sistemin e shikimit të makinës të punojë pak a shumë si programi CAD (shih Fig. 1 )

Ndryshimet e zmadhimit

Telecentriciteti përcakton se si ndryshon sasia e zmadhimit të një objekti brenda fushës së shikimit (FOV) me distancën e objektit. Kështu, për të njëjtën FOV, objektet që fotografohen me një lente të gjatë me gjatësi fokale do të shfaqin më pak një ndryshim zmadhimi sesa ato që fotografohen me një lente me gjatësi fokale të shkurtër. Për shkak se lentet telecentrike veprojnë sikur të kenë një gjatësi fokale të pafund, zmadhimi është i pavarur nga distanca e objektit. Megjithëse objektet e lëvizura më afër ose më larg nga lentet mund të ndryshojnë në fokus, madhësia e figurës së objektit do të jetë konstante.

234 (2)

Shkalla e telecentricitetit të një lente specifike matet nga rrezja kryesore ose këndi telecentrik (shih Fig. 2). Ndërsa lentet standarde komerciale mund të kenë kënde telecentrike prej 10 ° ose më shumë, lentet telecentrike kanë kënde kryesore të rrezeve më pak se 0,1 °. Për të arritur këtë nivel telecentrikiteti, elementi objektiv duhet të jetë më i madh se FOV i objektit që do të imazhet, duke i bërë lentet e tilla më të mëdha dhe kështu më të shtrenjta.

Në zgjedhjen e një lente telecentrike për një aplikacion të veçantë të shikimit të makinës, integruesit e sistemit duhet të kuptojnë si terminologjinë e përdorur nga prodhuesit individualë ashtu edhe parimet operacionale që qëndrojnë pas secilit model të lentes. Në përgjithësi, lentet telecentrike furnizohen si hapësirë ​​objektesh, hapësirë ​​imazhesh, ose dizajne dyfish ose bi-telecentrike (shih Fig. 3). Ndërsa shumë prodhues ofrojnë këto lloj lentesh, lentet telecentrike të hapësirës së imazhit përdoren më shpesh në pajisjet e projeksionit të imazheve dhe rrallë në aplikimet e vizionit në makinë.

234 (3)

Në lentet telecentrike, rrezja kryesore përmes qendrës së bebëzës hyrëse ose dalëse është paralele me boshtin optik, në njërën ose në të dy anët e thjerrëzave, në varësi të llojit të thjerrëzave që përdoren. Në sistemet e vizionit makinerik, më shpesh i përdorur nga këto lloje të lenteve është telecentri në anën e objektit. Në këto dizajne, rrezet kryesore janë paralele me objektin që matet, dhe sistemi i lenteve përdoret për të përqendruar imazhin në një aparat fotografik CCD ose CMOS. Për shkak se këto lente janë vetëm telecentrike në anën e objektit, kërkohen më pak elementë lente sesa me lentet bi-telecentrike, duke rezultuar në kosto më të ulët.

Për 2 / 3- ose 1/2-in. sensorë të formatit, Edmund Optics ofron dy seri lentesh telecentrike anësore të objektit në Serinë e saj të Artë Techspec. Ndërsa 2/3-in. seria përfshin pesë lente për përdorim ose me 2/3-in. ose sensorë më të vegjël, 1/2-in. seria përfshin katër lente për përdorim me 1/2-in. ose sensorë më të vegjël. 1/2-in. seritë maksimizojnë mbulimin në terren duke përputhur vlerat më të mëdha FOV për 2/3-in. seri, e cila lejon fusha më të mëdha me kamera më të vogla. Këto lente japin zmadhim konstant mbi një thellësi të caktuar fushe dhe sigurojnë më pak se 0.2 ° telecentricitet në intervalin e specifikuar të distancës së punës.

Hapësira e objektit dhe imazhit

Shumë lente telecentrike në hapësirë ​​objektesh ofrohen me gjatësi fokale fikse. Sidoqoftë, në disa aplikacione të shikimit të makinës mund të jetë e nevojshme të rritet optikisht madhësia e imazhit të kapur. Për të adresuar këto nevoja, disa kompani ofrojnë lente zoom telecentrike që lejojnë përdoruesin të ndryshojë gjatësinë fokale në vendin e figurës duke ruajtur telecentricitetin në anën e objektit të lentes. Për ta arritur këtë, sistemet telecentrike të lenteve të zmadhimit duhet të lëvizin automatikisht optikën e pjesës së përparme dhe ndalimin midis lenteve të përparme dhe të pasme me ritme të ndryshme. Për shkak se këto sisteme lentesh janë më të sofistikuara mekanikisht sesa lentet me gjatësi fokale, telecentrikët e zmadhimit ofrohen nga vetëm një pjesë e vogël e kompanive.

Sistemi i lenteve zoom telecentrik 12x nga Navitar, për shembull, siguron telecentricitet brenda më pak se 0.3 ° duke ruajtur perspektivën dhe zmadhimin konstant. Me një mbulim fushor që varion nga 50 deri në 4 mm në një distancë pune 188 mm, telecentrik 12x siguron gjatësi fokale të rregullueshme mbi një diapazon zmadhimi 0,16x deri 1,94x.

Në disa raste, veçanërisht për matjet me precizion të lartë, lentet bi-telecentrike që sigurojnë telecentricitet si në planin e objektit ashtu edhe në atë të figurës duhet të përdoren për të zvogëluar efektet e devijimeve optike dhe shtrembërimeve gjeometrike. Për shkak se lentet telecentrike të dyfishta kanë gjatësi fokale të pafund, madhësia e imazhit nuk do të ndryshojë në të gjithë FOV për shkak të pozicionit të sensorit. Kështu, dizenjot bi-telecentrike mund të kenë thellësi më të madhe të fushës së zmadhimit dhe një diapazon më të madh mbi të cilin mund të lëvizë objekti që imazhet ndërsa ruan akoma të njëjtën zmadhim.

Kjo është veçanërisht e rëndësishme sepse sensorët CCD dhe CMOS vazhdojnë të zhvillohen me pixel më të vegjël dhe më të vegjël. Për të ndihmuar në përqendrimin e dritës në piksele individuale, shitësit e imazheve tani po përfshijnë vargje mikrolenesh në sensorët e tyre. Të vendosura mbi secilin piksel individual, këto lente janë më efektive kur rrezet e dritës hyrëse devijojnë 5 ° ose më pak nga ajo normale. Për shkak të kësaj, lentet bi-telecentrike, ku telecentriciteti ekziston si në anën e objektit ashtu edhe në atë të figurës së lentes, mund të përqendrojnë dritën hyrëse në mënyrë më efektive. Megjithëse këto lente janë më të shtrenjta se lentet telecentrike në anën e një objekti, ato rrisin saktësinë e matjes së objektit.

Një avantazh tjetër i lenteve bi-telecentrike është edhe ndriçimi. Për shkak të rrugës së veçantë të rrezeve në hapësirën e figurës ku kone rrezesh godasin sipërfaqen e detektorit me të njëjtën pjerrësi, pikselët ndriçohen me të njëjtin intensitet mbi të gjithë madhësinë e detektorit. Kjo veçori nuk është shumë e njohur, por mund të jetë shumë e dobishme për ato aplikacione ku duhet të kontrollohet homogjeniteti i ngjyrave.

Lentet ofrohen nga një numër i kompanive duke përfshirë V-Plus Technologies , Navitar, Schneider Optics dhe Sill Optics. Për shembull, lentet bilaterale telecentrike të Schneider Optical, Xenoplan, janë krijuar për të punuar me 2/3-in. kamerat CCD të formatit dhe kanë iris dhe rregullime të rregullueshme të fokusit. Këto lente fikse me gjatësi fokale përbëhen nga pesë modele të ndryshme me zmadhime fikse: 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4 dhe 1: 5.

Siç vë në dukje Rolf Wartmann nga Schneider Optics, kur lentet bi-telecentrike nuk përdoren si lente për matjen precize, imazhet asimetrike ose ato me lëvizje lindin kur defokusoheni. Kjo çon në zbulimin e pasaktë të skajeve, me rezultatin që shkalla e saktësisë që është teorikisht e mundur nuk arrihet qartë. Lentet bilaterale telecentrike nuk i shfaqin këto defekte, dhe kështu bëjnë të mundur afrimin e shkallës teorikisht të mundshme të saktësisë (shih www.schneiderkreuznach.com/knowhow/telezentrie_e.htm).

Lentet e Fresnelit

Sistemet e lenteve telecentrike të hapësirës objekt duhet të kenë një element të përparmë që është të paktën aq i madh sa FOV. Për shkak të kësaj, një lente telecentrike hapësinore e objektit konvencional për të parë edhe një 16 in. fusha është shumë e shtrenjtë dhe shumë e rëndë (shih Fig. 4). Për ta kapërcyer këtë, kompani të tilla si LightWorks kanë zhvilluar lente telecentrike që përfshijnë lente Fresnel për të zvogëluar peshën, koston dhe gjatësinë. Lentet telecentrike të bazuara në Fresnel zakonisht projektohen me elementin e përparmë të një forme Fresnel që i ngjan një lente plan-konveks ose plano-konkave që pritet në unaza të ngushta dhe rrafshohet. Në mënyrë tipike, lentet Fresnel janë bërë prej plastike të hollë, të formuar në formë groove, dhe elementi i pasmë ose elementët janë të dizajnuar me optikë konvencionale.

234 (4)

Ekziston një avantazh i madh i përdorimit të lenteve Fresnel si pjesë e një sistemi telecentrik - ato mund të ndërtohen për të akomoduar FOV shumë më të mëdha sesa përndryshe do të ishin praktike apo edhe të mundshme. Kufiri praktik i një lente telecentrike konvencionale ka të ngjarë të jetë në intervalin prej 12 deri 16 in. Light Works ka projektuar dhe ndërtuar sisteme telecentrike të bazuara në Fresnel për FOVs të mëdha sa 42 in.

Pavarësisht përparësive të tyre, sistemet e bazuara në lentet Fresnel janë të kufizuara. Për shkak se lentet Fresnel nuk kanë korrigjim ngjyrash, zakonisht është më mirë të përdoren me dritë gati monokromatike siç janë burimet LED. Përndryshe, ekziston një gjasë e shfaqjes së skajeve të ngjyrave rreth objekteve që imazhin. Gjithashtu, në krahasim me lentet konvencionale, cilësia e imazhit nga një lente Fresnel është në rastin më të mirë e ndershme dhe mund të mos jetë një zgjedhje e mirë në aplikime matëse shumë të sakta ose për zbulimin e defekteve të vogla. Humbja e dritës nga një lente Fresnel është gjithashtu relativisht e madhe për shkak të shpërndarjes së dritës në brazdat e thjerrëzave dhe mungesës së veshjeve antireflektim në vetë lentet. Sidoqoftë, për aplikime me rezolucion më të ulët, një lente telecentrike me bazë Fresnel mund të jetë një zgjidhje shumë praktike dhe me kosto efektive.

234 (5)

Interesante, Canon pretendon të ketë kapërcyer problemet që lidhen me lente të tilla me teknologjinë e saj të optikës difraksionale (DO), e cila përdor dy elementë optikë difraktues me një shtresë të vetme, rrjetat e difraksionit të të cilave janë të lidhura ballë për ballë (shih Fig. 5). Meqenëse gjatësitë më të gjata të valës formojnë një imazh më afër thjerrëzës për shkak të këndit të madh të difraksionit, dhe gjatësia e valës më të shkurtër formojnë një imazh larg lentes për shkak të këndit më të vogël të difraksionit, duke i vendosur elementët DO së bashku me optikat e qelqit konvencional anulon shmangiet kromatike (shih Canon Faqe në internet). Për fat të keq, përdorimi i kësaj teknologjie ende nuk ka gjetur rrugën e saj në dizenjot e bazuara në lente telecentrike.

Optika pericentrike siguron pamje 360 ​​°

Shumë sisteme të shikimit nga makina përdoren për të inspektuar më shumë se një faqe të një pjese, dhe në shumë raste nevojitet inspektimi 100% i një sipërfaqe cilindrike ose sferike. Në të kaluarën këto inspektime janë bërë duke përdorur një varg kamerash të vendosura rreth pjesës, me secilën kamerë që kap një imazh të një ane ose pjese të veçantë të pjesës.

Për fat të keq, kjo qasje rrit kostot e sistemit për shkak të numrit të kamerave të kërkuara. Për më tepër, objekti që imazhet duhet të jetë i pozicionuar saktësisht, sepse secila aparat fotografik duhet ta imazhojë pjesën në një kënd specifik. Për të kapërcyer këto probleme janë zhvilluar qasje optike të tilla që nevojitet vetëm një aparat fotografik për të arritur një imazh të të gjitha tipareve të një sipërfaqeje.

234 (6)

Këto thjerrëza quhen pericentrike për shkak të shtegut të rrezeve brenda objektit - bebja e aperturës shihet nga hapësira e objektit duke lëvizur rreth zonës periferike të grupit optik të përparmë. Ata kërkojnë vetëm një aparat fotografik për të kapur imazhin e sipërfaqes së përparme të një objekti dhe anëve të tij përreth. Kur lentet imazhin e një objekti cilindrik si sipërfaqja e përparme ashtu edhe sipërfaqja e cilindrit imazhin në të njëjtën kohë.

Përparësia e kësaj qasjeje, e përdorur shpesh për të inspektuar pjesë të tilla si shishe qelqi, kanaçe alumini dhe paketime të produkteve të tjera të konsumit, është se të gjitha tiparet e objektit mund të imazhohen në të njëjtën kornizë dhe mund të përpunohen nga një algoritëm i vetëm për të marrë një banesë përfaqësimi i sipërfaqes cilindrike.