Шенжен V-Plus технологии копродукции, ООД

3Д-слика

Телецентричните леќи прават прецизни мерења

Телецентричните леќи додаваат дополнително ниво на прецизност во системите за машинско гледање.

 234 (1)

Телецентричните леќи додаваат дополнително ниво на прецизност во системите за машинско гледање.

Од Ендру Вилсон, уредник

Во многу системи за машинско гледање, како што се оние што се користат при проверка на полупроводник, прецизните повторувања што се повторуваат мора да се прават доследно. За да се обезбеди тоа, развивачите на системот мора да се обратат до поскапи оптички системи засновани на телецентрични леќи со кои ќе ги сликаат овие делови. Многу од причините за избор на телецентрични леќи произлегуваат од ограничувањата на поконвенционалните системи на леќи.

На пример, доколку некој предмет се помести дури и малку во длабочината на полето на конвенционалниот систем на леќи, ќе има придружна промена на зголемувањето. Во минатото, промените за зголемување како резултат на поместување на објектот беа калибрирани со помош на дополнителна камера или сензор за длабочина што го следи растојанието помеѓу леќата и објектот. Употребата на телецентрична леќа може значително да ги намали, па дури и да ги елиминира ваквите промени во зголемувањето и затоа да ја отстрани потребата од дополнителна камера и претходна обработка на податоците за сликата, за кои во спротивно може да се побара да се поправат грешките во зголемувањето.

Грешките во перспективата или паралаксот исто така може да се отстранат со употреба на телецентрични леќи. Во конвенционалните оптички системи, поблиските објекти изгледаат релативно поголеми од оние подалечните, бидејќи зголемувањето на објектот се менува со неговото растојание од леќата. Сепак, телецентричните леќи оптички корегираат за оваа грешка во паралакса, така што предметите остануваат иста согледана големина, независна од одредено растојание од леќата.

234 (1)

Кога се користи стандардна оптика за сликање 3-Д објекти, далечните објекти ќе се појават помали од оние подалечните. Како последица на тоа, кога се слика објект како што е цилиндрична празнина, горните и долните кружни рабови се чини дека се концентрични и се сликаат внатрешните wallsидови на цилиндерот (обичните оптики се однесуваат како човечки очи кога гледате во чаша или чаша) . Сепак, со употреба на телецентрична оптика, долниот раб и внатрешните wallsидови исчезнуваат и затоа телецентричниот објектив дава 2-Д преглед на 3-Д објект, правејќи го системот за машинско гледање да работи повеќе или помалку како CAD софтвер (види слика 1 )

Зголемување на промените

Телецентричноста дефинира како количината на зголемување на објектот во видното поле (FOV) се менува со растојанието на објектот. Така, за истиот FOV, објектите што се сликаат со долга леќа со фокусна должина ќе покажат помалку промени во зголемувањето отколку оние што се сликаат со кратка фокусна леќа. Бидејќи телецентричните леќи делуваат како да имаат бесконечна фокусна должина, зголемувањето е независно од растојанието на објектот. Иако објектите поместени поблизу или подалеку од леќата може да се разликуваат во фокусот, големината на сликата на објектот ќе биде постојана.

234 (2)

Степенот на телецентричност на специфична леќа се мери со главниот зрак или телецентричниот агол (види слика 2). Додека стандардните комерцијални леќи можат да имаат телецентрични агли од 10 ° или повеќе, телецентричните леќи имаат главни зраци под 0,1 °. За да се постигне ова ниво на телецентричност, објективниот елемент мора да биде поголем од FOV на објектот што треба да се слика, со што ваквите леќи се поголеми, а со тоа и поскапи.

При изборот на телецентрична леќа за одредена апликација за машинско гледање, системските интегратори мора да ја разберат и терминологијата што ја користат одделни производители и оперативните принципи кои стојат зад секој дизајн на леќата. Општо земено, телецентричните леќи се испорачуваат како објектно-простор, слика-простор или двојно или би-телецентрични дизајни (види слика 3). Додека многу производители нудат вакви видови леќи, телецентричните леќи во просторот за слика почесто се користат во опрема за проекција на слики и поретко во апликации за машинско гледање.

234 (3)

Кај телецентричните леќи, главниот зрак низ центарот на влезната или излезната зеница е паралелен со оптичката оска, од едната или од двете страни на леќата, во зависност од тоа кој тип на леќа се користи. Во системите за машинско гледање, најчесто користен од овие типови на леќи е телецентричен од страната на објектот. Во овие дизајни, главните зраци се паралелни со предметот што се мери, а системот за леќи се користи за фокусирање на сликата на CCD или CMOS камера. Бидејќи овие леќи се телецентрични само од страната на објектот, потребни се помалку елементи на леќата отколку со би-телецентричните леќи, што резултира со пониска цена.

Или за 2/3 или 1/2-ин. сензори за формат, Едмунд оптика нуди две серии на објектни телецентрични леќи во својата златна серија Техспект. Додека 2/3-ин. серијата вклучува пет леќи за употреба или со 2/3-ин. или помали сензори, 1/2-ин. серијата вклучува четири леќи за употреба со 1/2-in. или помали сензори. На 1/2-во. сериите ја максимизираат покриеноста на полето со соодветно на најголемите вредности на FOV за 2/3-ин. серија, што овозможува поголеми полиња со помали фотоапарати. Овие леќи даваат постојано зголемување на одредена длабочина на полето и обезбедуваат помалку од 0,2 ° телецентричност во наведениот опсег на работно растојание.

Простори на објекти и слики

Многу објекти-просторни телецентрични леќи се нудат со фиксни фокусни должини. Сепак, во некои апликации за машинско гледање може да биде потребно оптички да се зголеми големината на снимената слика. За да се решат овие потреби, некои компании нудат телецентрични леќи за зумирање кои му овозможуваат на корисникот да ја смени фокусната должина на местото на сликата, додека ја задржува телецентричноста на страната на објектот на леќата. За да се постигне ова, системите за телецентрични зум-објективи автоматски мора да ја придвижат оптичката предност и запирањето помеѓу предните и задните леќи со различна брзина. Бидејќи овие системи на леќи се пософистицирани механички од леќите со фиксна фокусна должина, телецентриците за зумирање ги нудат само неколку компании.

12x телецентричен систем за зумирање на објектив од Navitar, на пример, обезбедува телецентричност до помалку од 0,3 ° додека одржува постојана перспектива и зголемување. Со покриеност на полето од 50 до 4 mm на работно растојание од 188 mm, телецентрикот 12x обезбедува прилагодливи фокусни должини во опсег на зголемување од 0,16x до 1,94x.

Во некои случаи, особено за мерења со висока прецизност, мора да се користат би-телецентрични леќи кои обезбедуваат телецентричност и во рамнината на објектот и во сликата за да се намалат ефектите на оптичките абери и геометриските нарушувања. Бидејќи двојните телецентрични леќи имаат бесконечна фокусна должина, големината на сликата нема да варира низ FOV поради позицијата на сензорот. Така, би-телецентричните дизајни можат да имаат поголема длабочина на зголемување и поголем опсег над кој може да се движи предметот што е снимен, а сепак да го задржи истото зголемување.

Ова е особено важно бидејќи CCD и CMOS сензорите продолжуваат да се развиваат со помали и помали пиксели. За да помогнат во фокусирањето на светлината на поединечни пиксели, продавачите на слики сега вклучуваат низи со микроленови на нивните сензори. Поставени над секој поединечен пиксел, овие леќи се најефективни кога влезните светлосни зраци се разминуваат за 5 ° или помалку од нормалното. Поради ова, би-телецентричните леќи, каде што телецентричноста постои и на предметот и на страната на сликата на леќата, можат поефикасно да ја фокусираат влезната светлина. Иако овие леќи се поскапи од единечните предметни телецентрични леќи, тие ја зголемуваат точноста на мерењето на објектот.

Друга предност на би-телецентричните леќи е дури и осветлувањето. Поради посебната патека на зраците во просторот за слика каде конусите на зраците ја погодуваат површината на детекторот со иста наклонетост, пикселите се осветлуваат со ист интензитет над целата големина на детекторот. Оваа одлика не е многу позната, но може да биде многу корисна за оние апликации каде што треба да се контролира хомогеноста на бојата.

Леќите ги нудат голем број компании, вклучително и V-Plus Technologies , Navitar, Schneider Optics и Sill Optics. Билатералните телецентрични леќи на Schneider Optical, Xenoplan, на пример, се дизајнирани да работат со 2/3-in. формат CCD камери и имаат прилагодливи контроли на ирисот и фокусот. Овие леќи со фиксна фокусна должина се состојат од пет различни модели со фиксни зголемувања: 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4 и 1: 5.

Како што истакнува Ролф Вартман од Шнајдер оптика, кога би-телецентричните леќи не се користат како прецизни мерни леќи, асиметрични или лебдат слики на работ се појавуваат при дефокусирање. Ова доведува до неточно откривање на рабовите, со резултат дека степенот на точност што е теоретски не е јасно постигнат. Билатерално телецентричните леќи не ги покажуваат овие недостатоци и на тој начин овозможуваат приближување до теоретски можниот степен на точност (видете на www.schneiderkreuznach.com/ Knowhow/telezentrie_e.htm).

Френелни леќи

Објектно-вселенските системи за телецентрични леќи мора да имаат преден елемент кој е барем голем како FOV. Поради ова, конвенционален објективен телецентричен објектив за гледање дури и 16-ин. полето е и многу скапо и многу тешко (види слика 4). За да се надмине ова, компании како LightWorks развија телецентрични леќи кои вклучуваат леќи Fresnel за да ги намалат тежината, цената и должината. Телецентричните леќи базирани на Френел обично се дизајнирани со предниот елемент на френелската форма што личи на плано-конвексен или плано-конкавен леќа, која се сече на тесни прстени и се срамнети со земја. Типично, Френел леќата е изработена од тенка, жлебно обликувана пластика, а задниот елемент или елементите се дизајнирани со конвенционална оптика.

234 (4)

Постои една голема предност од користењето на леќи Френел како дел од телецентричен систем - тие можат да бидат изградени за да примат многу поголеми FOV отколку што инаку би било практично, па дури и можно. Практичната граница на конвенционалниот телецентричен објектив веројатно ќе биде во опсег од околу 12 до 16 внатре. „Лајт Ворракс“ дизајнираше и изгради телецентрични системи базирани на Френел за ФОВ големи до 42 ин.

И покрај нивните предности, системите базирани на Френел леќи се ограничени. Бидејќи леќите во Френел немаат корекција на бојата, обично е најдобро да се користат со скоро монохроматска светлина, како што се извори на ЛЕР. Во спротивно, постои веројатност за појава на раб на боја околу предметите што се сликаат. Исто така, во споредба со конвенционалните леќи, квалитетот на сликата од леќата Френел е во најдобар случај фер и можеби не е добар избор во високо точни апликации за мерење или за откривање на мали дефекти. Губењето на светлината од френел леќата е исто така релативно големо поради расејувањето на светлината на жлебовите на леќата и недостатокот на антирефлекциони облоги на самата леќа. Како и да е, за апликации со пониска резолуција, телецентричниот објектив базиран на Френел може да биде многу практично и економично решение.

234 (5)

Интересно е што Канон тврди дека ги надминал проблемите поврзани со ваквите леќи со својата технологија на дифрактивна оптика (DO), која користи два еднослојни дифрактивни оптички елементи чии решетки за дифракција се споени лице в лице (види слика 5). Бидејќи подолгите бранови должини формираат слика поблиску до леќата поради големиот дифракционен агол, а пократките бранови должини формираат слика подалеку од леќата заради помалиот дифракционен агол, ставајќи ги елементите DO заедно со конвенционалната оптичка стакло, ги поништува хроматските абери (види Канон Веб-страница). За жал, употребата на оваа технологија допрва треба да се најде во дизајните базирани на телецентрични леќи.

Перицентричната оптика обезбедува прегледи од 360 °

Многу системи за машинско гледање се користат за проверка на повеќе од едно лице на парче, а во многу случаи потребна е 100% проверка на цилиндрична или сферична површина. Во минатото, овие инспекции беа направени со низа камери поставени околу делот, при што секоја камера снимаше слика од одредена страна или дел од парчето.

За жал, овој пристап ги зголемува системските трошоци заради бројот на потребни фотоапарати. Покрај тоа, објектот што се слика треба да биде прецизно поставен, бидејќи секоја камера треба да го слика парчето под одреден агол. За надминување на овие проблеми, оптички пристапи се развиени така што е потребна само една камера за да се постигне слика на сите карактеристики на површината.

234 (6)

Овие леќи се нарекуваат перицентрични поради патеката на зраците во рамките на целта - зелениот отвор се гледа од просторот на објектот како се движи околу периферната зона на предната оптичка група. Потребна им е само една камера за да ја долови сликата и на предната површина на предметот и на околните страни. Кога леќата прикажува цилиндричен објект и предната површина и површината на цилиндарот се сликаат истовремено.

Предноста на овој пристап, што често се користи за проверка на делови како што се стаклени шишиња, алуминиумски конзерви и други амбалажи за производи за широка потрошувачка, е тоа што сите карактеристики на објектот можат да бидат снимени во иста рамка и да можат да бидат обработени со еден алгоритам за да се добие рамно претстава на цилиндричната површина.