Man mano che la produzione industriale si sviluppa verso l'alta precisione e l'elevata coerenza, sono gradualmente emersi i problemi dell'errore prospettico e del cambiamento di ingrandimento dei tradizionali obiettivi non telecentrici in ampi campi visivi e scenari di misurazione ad alta precisione. Per soddisfare le esigenze applicative di pezzi di grandi dimensioni, ispezione dell'intera scheda e misurazione dimensionale ad alta precisione, sono emerse lenti ultra-telecentriche che sono diventate componenti ottici importanti nei sistemi di visione artificiale di fascia alta.
Rispetto ai normali obiettivi industriali,Il design strutturale degli obiettivi super telecentrici utilizza un'apertura chiara più ampia e una combinazione di obiettivi più complessa, quindi le dimensioni complessive complessive sono relativamente grandi. Tuttavia, questo design non riguarda semplicemente il volume, ma mira a ottenere una distorsione inferiore, un ingrandimento costante più stabile e un campo visivo effettivo più ampio, garantendo l'accuratezza e la coerenza dei risultati di misurazione di natura ottica.
Nelle applicazioni pratiche, gli obiettivi ultratelecentrici possono eliminare efficacemente gli errori prospettici. Anche se la posizione dell'oggetto misurato cambia entro un certo intervallo di altezza, la dimensione dell'immagine non cambierà in modo significativo. Questa caratteristica lo rende particolarmente efficace in scenari come la misurazione di pezzi di grandi dimensioni, l'ispezione di precisione delle dimensioni dei componenti e l'ispezione simultanea multi-target.
Attualmente, gli obiettivi super telecentrici sono stati ampiamente utilizzati nell'ispezione degli imballaggi di semiconduttori, nell'ispezione elettronica dell'intera scheda 3C, nella misurazione di precisione dell'hardware, nell'ispezione di batterie a nuova energia e di espansioni polari e in altri campi. Con prestazioni di imaging stabili e ripetibilità di misurazione estremamente elevata, gli obiettivi ultratelecentrici forniscono una base dati affidabile per i sistemi di visione artificiale.
Progettazione e confronto di obiettivi telecentrici
Dal punto di vista della struttura ottica, gli obiettivi industriali possono essere suddivisi in obiettivi non telecentrici e obiettivi telecentrici. Tra questi, gli obiettivi telecentrici sono suddivisi in obiettivi telecentrici lato oggetto, obiettivi telecentrici lato immagine e obiettivi bi-telecentrici basati su diverse caratteristiche del percorso ottico. Ognuno dei tre ha le proprie caratteristiche in termini di precisione dell'immagine e scenari applicativi.
In un sistema ottico, l'immagine del diaframma di apertura nello spazio dell'oggetto è chiamata pupilla d'ingresso, e l'immagine nello spazio dell'immagine è chiamata pupilla di uscita. La pupilla d'ingresso, il diaframma di apertura e la pupilla d'uscita sono in una relazione coniugata tra loro. La luce che passa attraverso il centro dell'orlo dell'apertura è chiamata raggio principale. Passa contemporaneamente attraverso il centro della pupilla di ingresso e di quella di uscita, rappresentando la direzione centrale del fascio di immagini.
Nel design ottico telecentrico, il raggio principale rimane parallelo all'asse ottico sul lato dell'oggetto o dell'immagine, eliminando così di fatto l'effetto prospettico. Questa è la chiave per distinguere gli obiettivi telecentrici dai normali obiettivi industriali.
Con il continuo miglioramento dei requisiti di precisione ed efficienza per l'ispezione industriale, gli obiettivi ultra-telecentrici stanno gradualmente diventando la configurazione ottica principale nelle soluzioni di ispezione visiva di fascia alta, fornendo un supporto tecnico più solido per la produzione intelligente e automatizzata.
Design dell'obiettivo telecentrico
Design ad alta telecentricità
I sistemi ottici telecentrici sono ampiamente utilizzati nel campo della misurazione visiva ad alta precisione e i loro livelli di telecentricità determinano direttamente la consistenza dell'ingrandimento dell'immagine a diverse profondità di campo. Durante il processo di progettazione, abbiamo controllato l'indice di telecentricità al livello dello 0,01%, garantendo in modo efficace che la differenza nell'ingrandimento dell'immagine dell'obiettivo a diverse posizioni di profondità all'interno dell'intervallo di profondità di campo sia trascurabile, migliorando così in modo significativo la stabilità e l'affidabilità dei risultati di misurazione. Questo design fornisce un forte supporto per l'applicazione di obiettivi bi-telecentrici nella misurazione della profondità ad alta precisione, espandendo ulteriormente il suo spazio applicativo nel campo della misurazione visiva di precisione.
Il progetto del percorso ottico rifrattivo
è limitato dalla struttura del percorso ottico. Gli obiettivi telecentrici tradizionali sono generalmente di grandi dimensioni e di forma cilindrica, il che comporta alcune difficoltà nell'installazione e nel fissaggio delle apparecchiature, soprattutto nelle linee di produzione automatizzate con spazio limitato. Per affrontare questo problema, abbiamo adottato in modo innovativo una struttura del percorso ottico rifrattivo. Attraverso molteplici transizioni del percorso ottico, abbiamo ridotto significativamente le dimensioni complessive dell'obiettivo garantendo al contempo prestazioni di imaging, riducendo la lunghezza totale dell'obiettivo di oltre la metà. Allo stesso tempo, combinata con metodi di installazione e posizionamento più convenienti, l’adattabilità degli obiettivi telecentrici nelle linee di produzione automatizzate viene effettivamente migliorata, consentendo ai prodotti bi-telecentrici di essere più strettamente integrati negli scenari di produzione reali.
Progettazione strutturale del percorso ottico centrato
Gli obiettivi telecentrici tradizionali utilizzano principalmente una struttura ad anello filettato, composta da meccanismi multisegmento. Sebbene sia facile da produrre e assemblare, può facilmente influenzare la coassialità complessiva dell'obiettivo, influenzando così la qualità dell'immagine. Per trovare un equilibrio tra efficienza di assemblaggio e prestazioni di imaging, abbiamo introdotto una struttura del percorso ottico di centraggio durante la fase di progettazione del prodotto, garantendo la coerenza della coassialità tra ciascun componente strutturale attraverso il meccanismo di centraggio e ottimizzando il processo di assemblaggio. Questo design migliora efficacemente la qualità dell'immagine dell'obiettivo e l'uniformità del prodotto e fornisce una garanzia affidabile per la stabilità della qualità e il tasso di rendimento nella produzione di massa.
Come scegliere le lenti industriali
Nelle applicazioni di misurazione della visione di precisione, le comuni lenti industriali spesso si trovano ad affrontare alcune limitazioni nell'uso effettivo, che si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
Quando l'oggetto misurato si trova su piani di misurazione diversi, è difficile mantenere un ingrandimento dell'immagine coerente;
La distorsione dell'obiettivo è relativamente ampia e influisce sulla precisione della misurazione dimensionale;
Esiste un evidente fenomeno di parallasse, ovvero i cambiamenti nella distanza dell'oggetto causeranno cambiamenti nell'ingrandimento dell'immagine;
La risoluzione dell'obiettivo è limitata e difficile da soddisfare le esigenze di rilevamento ad alta precisione;
Influenzato dalle caratteristiche geometriche della sorgente luminosa visiva, c'è una certa incertezza nella posizione del bordo dell'immagine.
Per affrontare i problemi di cui sopra, gli obiettivi telecentrici possono ottenere miglioramenti efficaci attraverso le loro strutture ottiche uniche. Poiché i raggi principali dell'immagine sono approssimativamente paralleli, l'obiettivo telecentrico può mantenere un ingrandimento stabile e coerente entro uno specifico intervallo di distanze di lavoro, riducendo significativamente gli errori di misurazione causati dai cambiamenti di altezza ed eliminando sostanzialmente gli effetti della prospettiva e della parallasse sui risultati dell'interpretazione.
Allo stesso tempo, gli obiettivi telecentrici di solito hanno una migliore qualità dell’immagine e prestazioni di distorsione inferiori. Se utilizzati con sensori e software di misurazione ad alta risoluzione, possono ottenere misurazioni dimensionali precise con elevata ripetibilità e coerenza. Per questo motivo, le lenti telecentriche sono diventate componenti ottici importanti in scenari applicativi come la misurazione ad alta precisione e l'ispezione metrologica e sono ampiamente utilizzate nei sistemi di visione artificiale che richiedono elevata precisione e stabilità di misurazione.
Capacità di selezione delle lenti e casi applicativi
Un detto comune è: la visione artificiale utilizza essenzialmente le macchine per sostituire gli occhi umani per la misurazione e il giudizio. Un sistema di visione artificiale completo è solitamente costituito da telecamere industriali, obiettivi, sorgenti luminose, sistemi di elaborazione delle immagini e attuatori. Tra questi, gli obiettivi industriali rappresentano un ponte fondamentale che collega il mondo fisico e i dati dell’immagine. Il fatto che la loro scelta sia ragionevole influisce direttamente sulla qualità dell'immagine del sistema e sull'accuratezza del rilevamento ed è un collegamento fondamentale che non può essere ignorato nella progettazione del sistema visivo.
Nei sistemi di visione artificiale, la qualità dell'immagine è la base di tutte le analisi e i giudizi e l'obiettivo è il fattore chiave che determina la chiarezza dell'immagine, il controllo della distorsione e l'intervallo del campo visivo. Una lente adatta può ripristinare con precisione le dimensioni reali e le caratteristiche dettagliate dell'oggetto da misurare e fornire un input di dati stabile e affidabile per l'algoritmo di back-end; al contrario, se l'obiettivo viene selezionato in modo errato, potrebbero verificarsi problemi come risoluzione insufficiente, distorsione eccessiva e profondità di campo non corrispondente, che non solo aumenteranno la difficoltà di elaborazione dell'immagine, ma influenzeranno anche direttamente la precisione e la coerenza dei risultati di rilevamento. Pertanto, la selezione scientifica e ragionevole delle lenti nella fase iniziale della progettazione del sistema è un prerequisito importante per garantire le prestazioni del sistema di visione artificiale.
Con la diffusa applicazione della tecnologia di visione artificiale nella produzione elettronica, nell'industria automobilistica, nell'imballaggio e nella stampa, nella lavorazione alimentare, nei test medici e in altri settori, i requisiti per le lenti in diversi scenari stanno diventando sempre più diversificati. Esistono differenze significative nelle dimensioni, nella struttura, nei requisiti di precisione e nello spazio di installazione degli oggetti da misurare. Ciò rende la selezione dell'obiettivo non più una semplice corrispondenza di parametri, ma richiede una valutazione completa basata su applicazioni specifiche. Successivamente, inizieremo dai tipi comuni di lenti e dalle loro caratteristiche, combinati con casi applicativi reali, per esplorare ulteriormente le idee chiave e i metodi pratici di selezione delle lenti industriali.
In sintesi,Una selezione ragionevole di obiettivi industriali è la base per un funzionamento stabile e un rilevamento ad alta precisione dei sistemi di visione artificiale. Gli obiettivi telecentrici, con la loro struttura ottica e le caratteristiche di imaging uniche, mostrano vantaggi insostituibili nel campo della misurazione di precisione e del rilevamento ad alta coerenza. Dai progetti fondamentali come l'elevata telecentricità e i percorsi ottici centrati alla verifica dei test di imaging e misurazione eseguiti in condizioni di lavoro reali, gli obiettivi telecentrici non solo presentano vantaggi tecnici in teoria, ma mostrano anche prestazioni di misurazione stabili e affidabili nelle applicazioni pratiche. Con il continuo miglioramento dei requisiti di accuratezza, efficienza e coerenza delle ispezioni industriali, gli obiettivi telecentrici stanno gradualmente diventando una parte importante dei sistemi di visione artificiale di fascia alta, fornendo una protezione ottica più solida per la produzione intelligente e automatizzata.
