Làm thế nào để chọn thông số cho ống kính viễn tâm?

Khi ứng dụng thị giác máy trong đo lường chính xác, kiểm tra kích thước và kiểm tra tính nhất quán cao tiếp tục được phát triển sâu hơn, thấu kính viễn tâm đang dần trở thành thành phần quang học cốt lõi trong các hệ thống kiểm tra trực quan cao cấp nhờ ưu điểm là độ biến dạng thấp, độ phóng đại liên tục và loại bỏ các lỗi phối cảnh. Tuy nhiên, trước sự đa dạng về chủng loại và cấu hình thông số của ống kính viễn tâm, làm thế nào để lựa chọn một cách khoa học dựa trên nhu cầu thực tế đã trở thành vấn đề then chốt đối với nhiều người dùng.

Các loại và ý tưởng lựa chọn ống kính viễn tâm

Từ định nghĩa về viễn tâm, thấu kính viễn tâm chủ yếu được chia thành ba loại: thấu kính viễn tâm phía đối tượng, thấu kính viễn tâm phía hình ảnh và thấu kính hai tâm. Trong số đó, độ viễn tâm phía đối tượng và độ viễn tâm phía hình ảnh tương ứng với đồng tử vào và đồng tử thoát ở vô cực, trong khi thấu kính hai tâm có cả đặc điểm viễn tâm phía đối tượng và phía hình ảnh, và được sử dụng rộng rãi nhất trong các kịch bản đo lường có độ chính xác cao.

Vì vậy,Cốt lõi của việc lựa chọn ống kính viễn tâm nằm ở chỗ: làm rõ các yêu cầu ứng dụng và khớp chính xác các yêu cầu với loại và thông số ống kính, thay vì chỉ đơn giản theo đuổi 'tính viễn tâm'.

Khi nào bạn cần chọn ống kính viễn tâm?

Dựa trên nguyên lý quang học viễn tâm và những ưu điểm của nó trong các ứng dụng thực tế, thấu kính viễn tâm thường là lựa chọn tốt hơn khi đối tượng phát hiện hoặc điều kiện phát hiện đáp ứng các điều kiện sau:

Đối tượng cần đo có độ dày nhất định và cần phát hiện kích thước chiều cao hoặc độ dày;

Mục tiêu đo không nằm trên cùng mặt phẳng đo;

Có sự không chắc chắn về khoảng cách làm việc từ vật đến thấu kính;

Cần phát hiện mục tiêu có khẩu độ hoặc cấu trúc ba chiều rõ ràng;

Yêu cầu cao về độ méo hình ảnh và tính nhất quán về độ sáng;

Các khuyết tật chỉ có thể được xác định ổn định trong điều kiện ánh sáng song song.

Trong trường hợp trên, ống kính công nghiệp thông thường có xu hướng gây ra lỗi đo do hiệu ứng phối cảnh và thay đổi độ phóng đại, trong khi ống kính viễn tâm có thể loại bỏ những hiệu ứng này một cách hiệu quả.

Phân tích các thông số chính để lựa chọn ống kính viễn tâm

Sau khi xác định rõ ràng rằng bạn cần sử dụng ống kính viễn tâm, bạn cần tập trung vào các thông số cốt lõi sau để đảm bảo sự phù hợp cao giữa ống kính, máy ảnh và kịch bản ứng dụng.

1. Kích thước đối tượng (trường tầm nhìn)
Kích thước đối tượng xác định phạm vi chụp mà ống kính có thể bao phủ và phải được lựa chọn hợp lý dựa trên kích thước thực tế của đối tượng được đo.

2. Kích thước hình vuông của hình ảnh (kích thước bề mặt mục tiêu của camera)
Kích thước hình vuông của hình ảnh cần phải phù hợp với kích thước chip CCD/CMOS của máy ảnh. Bề mặt hình ảnh của ống kính viễn tâm càng lớn thì chi phí thường càng cao; nếu bề mặt hình ảnh của ống kính lớn hơn đường chéo của chip sẽ gây lãng phí chi phí; nếu nó nhỏ hơn đường chéo của chip, vấn đề về họa tiết hoặc góc đen có thể xảy ra.

3. Khoảng cách làm việc
là khoảng cách giữa đầu trước của ống kính và vật thể được đo. Thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc cài đặt hệ thống và bố cục tổng thể.

4. Độ phân giải và kích thước pixel
Độ phân giải của ống kính phải đáp ứng các yêu cầu về kích thước pixel của máy ảnh. Mặt khác, ngay cả khi độ phân giải của camera cao thì cũng không thể thu được thông tin chi tiết thực tế và hiệu quả.

5. Yêu cầu về độ sâu trường ảnh
Độ sâu trường ảnh của ống kính viễn tâm có liên quan chặt chẽ đến độ phóng đại. Độ phóng đại càng lớn thì độ sâu trường ảnh càng nhỏ. Cần phải đạt được sự cân bằng hợp lý giữa độ chính xác của phép đo và độ sâu trường ảnh có sẵn khi chọn.

6. Loại giao diện
Ống kính viễn tâm thường sử dụng các giao diện công nghiệp tiêu chuẩn, chẳng hạn như C-mount, F-mount, M42, M58, v.v. Loại giao diện không chỉ xác định phương thức kết nối vật lý mà còn liên quan đến việc khớp khoảng cách mặt bích tiêu chuẩn. Nói chung, máy ảnh có bề mặt mục tiêu từ 1,2 inch trở xuống chủ yếu sử dụng ngàm C.

7. Độ phóng đại
Độ phóng đại quang học có thể được tính bằng 'kích thước chip/trường nhìn thực tế của kích thước'. Tùy theo kích thước của vật thể cần đo và độ phân giải yêu cầu mà chọn kết hợp ống kính vật thể và camera phù hợp để xác định độ phóng đại hợp lý. Đồng thời, cần chú ý đến tác động của sự thay đổi độ phóng đại đến độ sâu trường ảnh.

8. Khả năng kiểm soát độ biến dạng
Các ống kính viễn tâm chất lượng cao thường kiểm soát độ méo dưới 0,1% thông qua quy trình sản xuất và thiết kế quang học nghiêm ngặt, thậm chí còn đạt được hình ảnh gần như không bị biến dạng, mang lại sự đảm bảo đáng tin cậy cho các phép đo có độ chính xác cao.

Kịch bản ứng dụng: ống kính viễn tâm

Với khả năng chụp ảnh ổn định và chính xác, ống kính viễn tâm đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp cao cấp:

Phép đo kích thước chính xác,
chẳng hạn như các bộ phận điện thoại di động, vòng bi chính xác và phép đo khoảng cách chân cắm đầu nối, dựa vào hình ảnh có độ biến dạng thấp, không thị sai.

Phát hiện khuyết tật bề mặt
Màn hình LCD có các pixel bị lỗi, vết xước kính và phát hiện vết rỗ trên bề mặt kim loại dựa vào độ phân giải cao và độ chiếu sáng đồng đều.

Định vị và hướng dẫn tự động
của robot để lấy chip và định vị bản vá SMT yêu cầu độ sâu trường ảnh và độ ổn định hình ảnh cực cao.

Căn chỉnh wafer sản xuất chất bán dẫn và điện tử
, kiểm tra bóng hàn BGA và kiểm tra chất lượng xuyên lỗ PCB thường yêu cầu độ phóng đại cao và khả năng chụp ảnh cận hồng ngoại.

Các ứng dụng như phân tích chip vi lỏng nghiên cứu khoa học và y sinh
và phân loại thuốc dựa vào hình ảnh chính xác mà không bị biến dạng phối cảnh.

Gợi ý lựa chọn và sử dụng

Để đảm bảo hiệu suất tốt nhất của thấu kính viễn tâm trong các ứng dụng thực tế, nên chú ý những điểm sau:

Làm rõ các yêu cầu cốt lõi
bao gồm kích thước trường nhìn, giới hạn khoảng cách làm việc, độ chính xác phát hiện (độ phân giải/độ méo) và bước sóng làm việc.

Khớp cảm biến máy ảnh
và xác nhận trường nhìn đối tượng tối đa tương ứng với các kích thước bề mặt mục tiêu khác nhau (chẳng hạn như 1,5', 28,2 mm, 32,6 mm) theo bảng dữ liệu ống kính để đảm bảo bao phủ hoàn toàn chip máy ảnh.

Giao diện và phụ kiện lắp đặt
: Chọn phiên bản F hoặc M42 tùy theo giao diện camera và khớp với giá đỡ tiêu chuẩn d để cải thiện độ ổn định của hệ thống.

Sự kết hợp giữa ánh sáng và khẩu độ
sẽ tối ưu hóa độ sâu trường ảnh và độ sáng thông qua khẩu độ có thể thay đổi, đồng thời kết hợp với nguồn sáng từ xa hoặc đèn nền song song để cải thiện hơn nữa tính nhất quán của hình ảnh.

Các biện pháp phòng ngừa đối với các ứng dụng hồng ngoại
Nếu bạn làm việc ở dải tần 800–900nm, bạn nên điều chỉnh khoảng cách làm việc theo nhận xét, đồng thời lấy nét lại và hiệu chỉnh.

Việc lựa chọn ống kính viễn tâm không phải là việc khớp thông số đơn giản mà đòi hỏi phải xem xét toàn diện các yếu tố khác nhau như đặc điểm của đối tượng được đo, yêu cầu về độ chính xác phát hiện, thông số camera, cấu trúc hệ thống cũng như điều kiện lắp đặt và quang học tại chỗ.Zhixiang Vision trang bị cho khách hàng ống kính viễn tâm, nó sẽ cấu hình hệ thống theo nguyên lý làm việc để xây dựng giải pháp kiểm tra thị giác máy ổn định và có độ chính xác cao. Khi Điều này cho phép nó phát huy tối đa các ưu điểm của thấu kính viễn tâm trong phép đo chính xác và kiểm tra tính nhất quán. Với sự cải tiến liên tục về độ chính xác và các yêu cầu về hiệu suất trong kiểm tra công nghiệp, thấu kính viễn tâm đang dần trở thành lựa chọn cấu hình trong các hệ thống thị giác máy cao cấp.