همانطور که تولید صنعتی به سمت دقت بالا و ثبات بالا توسعه می یابد، مشکلات خطای پرسپکتیو و تغییر بزرگنمایی لنزهای غیر تله مرکزی سنتی در میدان دید بزرگ و سناریوهای اندازه گیری با دقت بالا به تدریج پدیدار شده است. به منظور پاسخگویی به نیازهای کاربردی قطعات کار بزرگ، بازرسی کل برد و اندازه گیری ابعادی با دقت بالا، لنزهای فوق دور مرکزی ظهور کرده اند و به اجزای نوری مهم در سیستم های بینایی ماشین پیشرفته تبدیل شده اند.
در مقایسه با لنزهای صنعتی معمولی،طراحی ساختاری لنزهای فوق دور مرکزی از دیافراگم شفاف بزرگتر و ترکیب لنز پیچیده تر استفاده می کند، بنابراین اندازه کلی نسبتا بزرگ است. با این حال، این طراحی صرفاً در مورد حجم نیست، بلکه در مورد دستیابی به اعوجاج کمتر، بزرگنمایی ثابت پایدارتر، و میدان دید موثرتر است که دقت و ثبات نتایج اندازه‌گیری را از طبیعت نوری تضمین می‌کند.
در کاربردهای عملی، لنزهای فوق تله سانتریک می توانند به طور موثر خطاهای پرسپکتیو را از بین ببرند. حتی اگر موقعیت جسم اندازه گیری شده در محدوده ارتفاع مشخصی تغییر کند، اندازه تصویربرداری آن تغییر قابل توجهی نخواهد داشت. این ویژگی باعث می‌شود در سناریوهایی مانند اندازه‌گیری قطعه کار با اندازه بزرگ، بازرسی دقیق اندازه اجزا و بازرسی همزمان چند هدف، عملکرد خوبی داشته باشد.
در حال حاضر، لنزهای فوق دور مرکزی به طور گسترده در بازرسی بسته بندی نیمه هادی، بازرسی کل برد الکترونیکی 3C، اندازه گیری دقیق سخت افزار، باتری انرژی جدید و بازرسی قطعه قطب و سایر زمینه ها استفاده شده است. لنزهای فوق تله‌سنتریک با عملکرد تصویربرداری پایدار و تکرارپذیری بسیار بالا در اندازه‌گیری، مبنای داده‌های قابل اعتمادی را برای سیستم‌های بینایی ماشین فراهم می‌کنند.
طراحی و مقایسه لنزهای دور مرکزی
از دیدگاه ساختار نوری، لنزهای صنعتی را می توان به لنزهای غیر تله مرکزی و لنزهای تله مرکزی تقسیم کرد. در میان آنها، لنزهای دور مرکزی بر اساس ویژگی های مسیر نوری مختلف به لنزهای تله مرکزی سمت شی، لنزهای تله مرکزی سمت تصویر و لنزهای دو تله مرکزی تقسیم می شوند. هر یک از این سه ویژگی های خاص خود را از نظر دقت تصویربرداری و سناریوهای کاربردی دارند.
در یک سیستم نوری، تصویر دیافراگم دیافراگم در فضای جسم را مردمک ورودی و تصویر موجود در فضای تصویر را مردمک خروجی می نامند. مردمک ورودی، دیافراگم دیافراگم و مردمک خروجی در یک رابطه مزدوج با یکدیگر هستند. نوری که از مرکز دیافراگم می گذرد، پرتو اصلی نامیده می شود. از مرکز مردمک ورودی و مردمک خروجی به طور همزمان عبور می کند و جهت مرکزی پرتو تصویربرداری را نشان می دهد. در طراحی اپتیکال دور مرکزی، پرتو اصلی موازی با محور نوری در سمت شی یا سمت تصویر باقی می‌ماند و در نتیجه اثر پرسپکتیو را به طور موثر حذف می‌کند. این کلید تشخیص لنزهای دور مرکزی از لنزهای صنعتی معمولی است.
همانطور که الزامات برای دقت و کارایی در بازرسی صنعتی همچنان در حال افزایش است، لنزهای فوق تله‌سنتریک به تدریج به پیکربندی نوری اصلی در راه‌حل‌های بازرسی بصری پیشرفته تبدیل می‌شوند و پشتیبانی فنی قوی‌تری برای تولید هوشمند و تولید خودکار فراهم می‌کنند.
طراحی لنز دور مرکزی
طراحی با دور مرکزیت بالا سیستم‌های نوری دور مرکزی به طور گسترده در زمینه اندازه‌گیری بصری با دقت بالا استفاده می‌شوند و سطوح دور مرکزی آنها مستقیماً ثبات بزرگنمایی تصویر را در اعماق میدان مختلف تعیین می‌کند. در طول فرآیند طراحی، ما شاخص دور مرکزی را در سطح 0.01٪ کنترل کردیم، و به طور موثر اطمینان حاصل کردیم که تفاوت در بزرگنمایی تصویر لنز در موقعیت‌های مختلف عمق در محدوده عمق میدان ناچیز است، بنابراین پایداری و قابلیت اطمینان نتایج اندازه‌گیری به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد. این طراحی پشتیبانی قوی برای استفاده از لنزهای دو تله‌سنتریک در اندازه‌گیری عمق با دقت بالا فراهم می‌کند و فضای کاربرد آن را در زمینه اندازه‌گیری بصری دقیق بیشتر گسترش می‌دهد.
طراحی مسیر نوری انکساری توسط ساختار مسیر نوری محدود شده است. لنزهای تله سانتریک سنتی معمولاً اندازه بزرگ و شکل استوانه ای دارند که مشکلات خاصی را برای نصب و تثبیت تجهیزات به خصوص در خطوط تولید خودکار با فضای محدود به همراه دارد. برای پرداختن به این مشکل، ما به طور ابتکاری یک ساختار مسیر نوری انکساری را اتخاذ کردیم. از طریق چندین انتقال مسیر نوری، اندازه کلی لنز را به میزان قابل توجهی کاهش دادیم و در عین حال عملکرد تصویربرداری را تضمین کردیم و طول کل لنز را بیش از نصف کاهش دادیم. در عین حال، همراه با روش‌های نصب و موقعیت‌یابی راحت‌تر، سازگاری لنزهای تله‌سانتریک در خطوط تولید خودکار به‌طور موثر بهبود می‌یابد و به محصولات دو تله‌سنتریک اجازه می‌دهد تا با سناریوهای تولید واقعی ادغام شوند.
طراحی ساختاری مسیر نوری در مرکز عدسی‌های تله‌مرکزی سنتی عمدتاً ساختار حلقه‌ای را به کار می‌گیرند که از مکانیسم‌های چند بخش تشکیل شده است. اگرچه تولید و مونتاژ آن آسان است، اما می تواند به راحتی بر هم محوری کلی لنز تأثیر بگذارد و در نتیجه بر کیفیت تصویربرداری تأثیر بگذارد. به منظور ایجاد تعادل بین راندمان مونتاژ و عملکرد تصویربرداری، ما یک ساختار مسیر نوری متمرکز را در مرحله طراحی محصول معرفی کردیم، از سازگاری هم محوری بین هر یک از اجزای ساختاری از طریق مکانیسم مرکزی‌سازی و بهینه‌سازی فرآیند مونتاژ اطمینان حاصل کردیم. این طراحی به طور موثر کیفیت تصویربرداری لنز و قوام محصول را بهبود می بخشد و تضمین قابل اعتمادی برای ثبات کیفیت و نرخ بازده در تولید انبوه ارائه می دهد.
نحوه انتخاب لنز صنعتی
در کاربردهای اندازه گیری دید دقیق، لنزهای صنعتی معمولی اغلب با محدودیت های خاصی در استفاده واقعی مواجه هستند که عمدتاً در جنبه های زیر منعکس می شود:
هنگامی که جسم اندازه گیری شده در سطوح مختلف اندازه گیری قرار دارد، حفظ بزرگنمایی تصویربرداری ثابت دشوار است.
اعوجاج لنز نسبتاً بزرگ است و بر دقت اندازه گیری ابعاد تأثیر می گذارد.
یک پدیده اختلاف منظر آشکار وجود دارد، یعنی تغییر در فاصله جسم باعث تغییر در بزرگنمایی تصویر می شود.
وضوح لنز محدود است و برای رفع نیازهای تشخیص با دقت بالا مشکل است.
تحت تأثیر ویژگی های هندسی منبع نور بصری، عدم قطعیت خاصی در موقعیت لبه تصویر وجود دارد.
برای رفع مشکلات فوق، لنزهای دور مرکزی می توانند از طریق ساختارهای نوری منحصر به فرد خود به پیشرفت های موثری دست یابند. از آنجایی که پرتوهای اصلی تصویربرداری تقریباً موازی هستند، لنز تله‌سانتریک می‌تواند بزرگنمایی پایدار و ثابتی را در یک محدوده فاصله کاری خاص حفظ کند، به طور قابل توجهی خطاهای اندازه‌گیری ناشی از تغییرات ارتفاع را کاهش می‌دهد و اساساً تأثیرات پرسپکتیو و اختلاف منظر بر نتایج تفسیر را حذف می‌کند.
در عین حال، لنزهای دور مرکزی معمولا کیفیت تصویربرداری بهتری دارند و عملکرد اعوجاج کمتری دارند. هنگامی که با سنسورهای با وضوح بالا و نرم افزار اندازه گیری استفاده می شوند، می توانند اندازه گیری ابعادی دقیق را با تکرارپذیری و ثبات بالا به دست آورند. به همین دلیل، لنزهای دور مرکزی به اجزای نوری مهمی در سناریوهای کاربردی مانند اندازه‌گیری با دقت بالا و بازرسی اندازه‌شناسی تبدیل شده‌اند و به طور گسترده در سیستم‌های بینایی ماشین که نیاز به دقت و پایداری اندازه‌گیری بالایی دارند، استفاده می‌شوند.
مهارت های انتخاب لنز و موارد کاربردی
یک ضرب‌المثل رایج این است: بینایی ماشین اساساً استفاده از ماشین‌ها برای جایگزینی چشم انسان برای اندازه‌گیری و قضاوت است. یک سیستم کامل بینایی ماشین معمولاً از دوربین های صنعتی، لنزها، منابع نور، سیستم های پردازش تصویر و محرک ها تشکیل شده است. در میان آنها، لنزهای صنعتی پل کلیدی هستند که دنیای فیزیکی و داده های تصویر را به هم متصل می کنند. منطقی بودن انتخاب آنها مستقیماً بر کیفیت تصویربرداری سیستم و دقت تشخیص تأثیر می گذارد و یک پیوند اصلی است که نمی توان در طراحی سیستم بصری نادیده گرفت.
در سیستم‌های بینایی ماشین، کیفیت تصویر اساس همه تحلیل‌ها و قضاوت‌ها است و لنز عامل کلیدی است که وضوح تصویر، کنترل اعوجاج و محدوده میدان دید را تعیین می‌کند. یک لنز مناسب می تواند اندازه واقعی و مشخصات دقیق جسم مورد اندازه گیری را به دقت بازیابی کند و ورودی داده پایدار و قابل اعتماد را برای الگوریتم back-end ارائه دهد. برعکس، اگر لنز به درستی انتخاب نشود، مشکلاتی مانند وضوح ناکافی، اعوجاج بیش از حد، و عدم تطابق عمق میدان ممکن است رخ دهد که نه تنها دشواری پردازش تصویر را افزایش می‌دهد، بلکه مستقیماً بر دقت و ثبات نتایج تشخیص تأثیر می‌گذارد. بنابراین، انتخاب علمی و منطقی لنز در مراحل اولیه طراحی سیستم یک پیش نیاز مهم برای اطمینان از عملکرد سیستم بینایی ماشین است.
با کاربرد گسترده فناوری بینایی ماشین در تولید الکترونیک، صنعت خودرو، بسته بندی و چاپ، پردازش مواد غذایی، آزمایش های پزشکی و سایر صنایع، الزامات لنزها در سناریوهای مختلف به طور فزاینده ای متنوع می شوند. تفاوت های قابل توجهی در اندازه، ساختار، دقت مورد نیاز و فضای نصب اشیاء مورد اندازه گیری وجود دارد. این باعث می شود که انتخاب لنز دیگر یک تطبیق ساده پارامتر نباشد، بلکه نیاز به ارزیابی جامع بر اساس کاربردهای خاص دارد. در مرحله بعد، از انواع لنزهای رایج و ویژگی‌های آنها، همراه با موارد کاربردی واقعی شروع می‌کنیم تا ایده‌های کلیدی و روش‌های عملی انتخاب لنز صنعتی را بیشتر بررسی کنیم.
به طور خلاصه،انتخاب معقول لنزهای صنعتی مبنایی برای عملکرد پایدار و تشخیص با دقت بالا سیستم های بینایی ماشین است. لنزهای Telecentric با ساختار نوری و ویژگی های تصویربرداری منحصر به فرد خود، مزایای بی بدیلی را در زمینه های اندازه گیری دقیق و تشخیص با ثبات بالا نشان می دهند. از طرح‌های هسته‌ای مانند مسیرهای اپتیکی دور مرکزی بالا و مسیرهای نوری متمرکز گرفته تا تصویربرداری و تأیید آزمایش اندازه‌گیری که در شرایط کاری واقعی انجام می‌شود، لنزهای دور مرکزی نه تنها از نظر تئوری دارای مزایای فنی هستند، بلکه عملکرد اندازه‌گیری پایدار و قابل اعتمادی را در کاربردهای عملی نشان می‌دهند. با بهبود مستمر الزامات بازرسی صنعتی برای دقت، کارایی و سازگاری، لنزهای دور مرکزی به تدریج به بخش مهمی از سیستم‌های بینایی ماشین پیشرفته تبدیل می‌شوند و حفاظت نوری محکم‌تری را برای تولید هوشمند و تولید خودکار فراهم می‌کنند.
