Khi sản xuất công nghiệp phát triển theo hướng có độ chính xác cao và tính nhất quán cao, các vấn đề về lỗi phối cảnh và thay đổi độ phóng đại của thấu kính không viễn tâm truyền thống trong trường nhìn rộng và các kịch bản đo có độ chính xác cao đã dần xuất hiện. Để đáp ứng nhu cầu ứng dụng của các phôi lớn, kiểm tra toàn bộ bo mạch và đo kích thước có độ chính xác cao, thấu kính siêu viễn tâm đã xuất hiện và trở thành thành phần quang học quan trọng trong hệ thống thị giác máy cao cấp.
So với ống kính công nghiệp thông thường,Thiết kế cấu trúc của ống kính siêu viễn tâm sử dụng khẩu độ rõ ràng lớn hơn và sự kết hợp ống kính phức tạp hơn, do đó kích thước tổng thể tương đối lớn. Tuy nhiên, thiết kế này không chỉ đơn giản là về âm lượng mà còn là đạt được độ méo thấp hơn, độ phóng đại không đổi ổn định hơn và trường quan sát hiệu quả lớn hơn, đảm bảo tính chính xác và nhất quán của kết quả đo từ bản chất quang học.
Trong các ứng dụng thực tế, thấu kính siêu viễn tâm có thể loại bỏ các lỗi phối cảnh một cách hiệu quả. Ngay cả khi vị trí của đối tượng đo thay đổi trong một phạm vi độ cao nhất định, kích thước hình ảnh của đối tượng đo sẽ không thay đổi đáng kể. Tính năng này giúp nó hoạt động đặc biệt tốt trong các tình huống như đo phôi kích thước lớn, kiểm tra kích thước thành phần chính xác và kiểm tra đồng thời đa mục tiêu.
Hiện nay, thấu kính siêu viễn tâm đã được sử dụng rộng rãi trong kiểm tra bao bì bán dẫn, kiểm tra toàn bộ bo mạch điện tử 3C, đo lường phần cứng chính xác, kiểm tra pin năng lượng mới và mảnh cực và các lĩnh vực khác. Với hiệu suất hình ảnh ổn định và khả năng lặp lại phép đo cực cao, thấu kính siêu viễn tâm cung cấp cơ sở dữ liệu đáng tin cậy cho hệ thống thị giác máy.
Thiết kế và so sánh các thấu kính viễn tâm
Từ góc độ cấu trúc quang học, thấu kính công nghiệp có thể được chia thành thấu kính không viễn tâm và thấu kính viễn tâm. Trong số đó, thấu kính viễn tâm được chia thành thấu kính viễn tâm phía đối tượng, thấu kính viễn tâm phía hình ảnh và thấu kính viễn tâm hai mặt dựa trên các đặc điểm đường quang khác nhau. Mỗi loại đều có những đặc điểm riêng về độ chính xác hình ảnh và các tình huống ứng dụng.
Trong hệ thống quang học, ảnh của màng khẩu độ trong không gian vật thể được gọi là đồng tử vào và ảnh trong không gian ảnh được gọi là đồng tử ra. Đồng tử vào, màng khẩu độ và đồng tử thoát có mối quan hệ liên hợp với nhau. Ánh sáng đi qua tâm của điểm dừng khẩu độ được gọi là tia chính. Nó đi qua trung tâm của đồng tử vào và đồng tử ra cùng lúc, đại diện cho hướng trung tâm của chùm tia hình ảnh.
Trong thiết kế quang học viễn tâm, tia chính vẫn song song với trục quang ở phía vật thể hoặc phía hình ảnh, do đó loại bỏ hiệu quả hiệu ứng phối cảnh. Đây là điểm mấu chốt để phân biệt thấu kính viễn tâm với thấu kính công nghiệp thông thường.
Với sự cải tiến liên tục về các yêu cầu về độ chính xác và hiệu quả trong kiểm tra công nghiệp, thấu kính siêu viễn tâm đang dần trở thành cấu hình quang học cốt lõi trong các giải pháp kiểm tra trực quan cao cấp, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật vững chắc hơn cho sản xuất thông minh và sản xuất tự động.
Thiết kế thấu kính viễn tâm
Thiết kế viễn tâm cao
Hệ thống quang học viễn tâm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo lường hình ảnh có độ chính xác cao và mức độ viễn tâm của chúng trực tiếp xác định tính nhất quán của độ phóng đại hình ảnh ở các độ sâu trường ảnh khác nhau. Trong quá trình thiết kế, chúng tôi đã kiểm soát chỉ số viễn tâm ở mức 0,01%, đảm bảo một cách hiệu quả rằng sự khác biệt về độ phóng đại hình ảnh của ống kính ở các vị trí độ sâu khác nhau trong phạm vi độ sâu trường ảnh là không đáng kể, từ đó cải thiện đáng kể độ ổn định và độ tin cậy của kết quả đo. Thiết kế này cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ cho ứng dụng thấu kính viễn tâm hai chiều trong phép đo độ sâu có độ chính xác cao, tiếp tục mở rộng không gian ứng dụng của nó trong lĩnh vực đo lường hình ảnh chính xác.
Thiết kế đường quang khúc xạ
bị giới hạn bởi cấu trúc đường quang. Các thấu kính viễn tâm truyền thống thường có kích thước lớn, dạng hình trụ nên gây khó khăn nhất định cho việc lắp đặt, cố định thiết bị, đặc biệt là trong các dây chuyền sản xuất tự động có không gian hạn chế. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đã áp dụng một cách đổi mới cấu trúc đường quang khúc xạ. Thông qua nhiều lần chuyển đổi đường quang, chúng tôi đã giảm đáng kể kích thước tổng thể của ống kính trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất chụp ảnh, giảm hơn một nửa tổng chiều dài của ống kính. Đồng thời, kết hợp với các phương pháp lắp đặt và định vị thuận tiện hơn, khả năng thích ứng của thấu kính viễn tâm trong dây chuyền sản xuất tự động được cải thiện một cách hiệu quả, cho phép các sản phẩm viễn tâm kép được tích hợp chặt chẽ hơn vào các kịch bản sản xuất thực tế.
Thiết kế cấu trúc đường dẫn quang định tâm
Các ống kính viễn tâm truyền thống chủ yếu sử dụng cấu trúc vòng ren, bao gồm các cơ chế nhiều phân đoạn. Mặc dù dễ sản xuất và lắp ráp nhưng nó có thể dễ dàng ảnh hưởng đến độ đồng trục tổng thể của ống kính, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Để đạt được sự cân bằng giữa hiệu quả lắp ráp và hiệu suất hình ảnh, chúng tôi đã giới thiệu cấu trúc đường quang định tâm trong giai đoạn thiết kế sản phẩm, đảm bảo tính đồng trục đồng trục giữa từng thành phần cấu trúc thông qua cơ chế định tâm và tối ưu hóa quy trình lắp ráp. Thiết kế này cải thiện hiệu quả chất lượng hình ảnh của ống kính và tính nhất quán của sản phẩm, đồng thời mang lại sự đảm bảo đáng tin cậy về độ ổn định chất lượng và tỷ lệ năng suất trong sản xuất hàng loạt.
Cách chọn ống kính công nghiệp
Trong các ứng dụng đo thị lực chính xác, ống kính công nghiệp thông thường thường gặp phải những hạn chế nhất định trong sử dụng thực tế, chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:
Khi đối tượng đo nằm trong các mặt phẳng đo khác nhau, rất khó duy trì độ phóng đại hình ảnh nhất quán;
Độ méo của ống kính tương đối lớn, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo kích thước;
Có một hiện tượng thị sai rõ ràng, đó là sự thay đổi khoảng cách của vật thể sẽ gây ra sự thay đổi về độ phóng đại hình ảnh;
Độ phân giải của ống kính còn hạn chế và khó đáp ứng nhu cầu phát hiện có độ chính xác cao;
Bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm hình học của nguồn sáng thị giác, vị trí cạnh của hình ảnh có độ không chắc chắn nhất định.
Để giải quyết các vấn đề trên, thấu kính viễn tâm có thể đạt được những cải tiến hiệu quả thông qua cấu trúc quang học độc đáo của chúng. Do các tia chính tạo ảnh gần như song song nên thấu kính viễn tâm có thể duy trì độ phóng đại ổn định và nhất quán trong phạm vi khoảng cách làm việc cụ thể, giảm đáng kể lỗi đo do thay đổi độ cao và loại bỏ cơ bản ảnh hưởng của phối cảnh và thị sai đến kết quả diễn giải.
Đồng thời, ống kính viễn tâm thường có chất lượng hình ảnh tốt hơn và hiệu suất biến dạng thấp hơn. Khi được sử dụng với các cảm biến và phần mềm đo lường có độ phân giải cao, chúng có thể đạt được các phép đo kích thước chính xác với độ lặp lại và tính nhất quán cao. Do đó, thấu kính viễn tâm đã trở thành thành phần quang học quan trọng trong các tình huống ứng dụng như kiểm tra đo lường và đo lường có độ chính xác cao, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thị giác máy yêu cầu độ chính xác và độ ổn định của phép đo cao.
Kỹ năng lựa chọn ống kính và các trường hợp ứng dụng
Người ta thường nói: Thị giác máy thực chất là sử dụng máy móc thay thế mắt người để đo lường và phán đoán. Một hệ thống thị giác máy hoàn chỉnh thường bao gồm máy ảnh công nghiệp, ống kính, nguồn sáng, hệ thống xử lý hình ảnh và bộ truyền động. Trong số đó, ống kính công nghiệp là cầu nối then chốt kết nối thế giới vật chất và dữ liệu hình ảnh. Việc lựa chọn của họ có hợp lý hay không sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh của hệ thống và độ chính xác phát hiện và là liên kết cốt lõi không thể bỏ qua trong thiết kế hệ thống hình ảnh.
Trong hệ thống thị giác máy, chất lượng hình ảnh là cơ sở của mọi phân tích và phán đoán, còn ống kính là yếu tố then chốt quyết định độ rõ của hình ảnh, khả năng kiểm soát độ méo và phạm vi trường nhìn. Một ống kính phù hợp có thể khôi phục chính xác kích thước thực và các đặc điểm chi tiết của đối tượng được đo, đồng thời cung cấp dữ liệu đầu vào ổn định và đáng tin cậy cho thuật toán phụ trợ; ngược lại, nếu chọn ống kính không đúng cách, có thể xảy ra các vấn đề như độ phân giải không đủ, độ méo quá mức và độ sâu trường ảnh không khớp, điều này không chỉ làm tăng độ khó xử lý hình ảnh mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác và nhất quán của kết quả phát hiện. Do đó, việc lựa chọn ống kính khoa học và hợp lý trong giai đoạn đầu thiết kế hệ thống là điều kiện tiên quyết quan trọng để đảm bảo hiệu suất của hệ thống thị giác máy.
Với ứng dụng rộng rãi của công nghệ thị giác máy trong sản xuất điện tử, công nghiệp ô tô, đóng gói và in ấn, chế biến thực phẩm, thử nghiệm y tế và các ngành công nghiệp khác, yêu cầu về ống kính trong các tình huống khác nhau ngày càng trở nên đa dạng. Có sự khác biệt đáng kể về kích thước, cấu trúc, yêu cầu về độ chính xác và không gian lắp đặt của các đối tượng được đo. Điều này làm cho việc lựa chọn ống kính không còn là việc khớp tham số đơn giản nữa mà cần có sự đánh giá toàn diện dựa trên các ứng dụng cụ thể. Tiếp theo, chúng ta sẽ bắt đầu từ các loại thấu kính phổ biến và đặc điểm của chúng, kết hợp với các trường hợp ứng dụng thực tế, để khám phá thêm các ý tưởng chính và phương pháp thực tế trong việc lựa chọn thấu kính công nghiệp.
Tóm lại,Lựa chọn hợp lý các ống kính công nghiệp là cơ sở để hệ thống thị giác máy hoạt động ổn định và phát hiện với độ chính xác cao. Thấu kính viễn tâm, với cấu trúc quang học và đặc điểm hình ảnh độc đáo, cho thấy những lợi thế không thể thay thế trong lĩnh vực đo lường chính xác và phát hiện tính nhất quán cao. Từ các thiết kế cốt lõi như độ viễn tâm cao và đường dẫn quang tập trung cho đến xác minh thử nghiệm đo lường và hình ảnh được thực hiện trong điều kiện làm việc thực tế, thấu kính viễn tâm không chỉ có ưu điểm kỹ thuật về mặt lý thuyết mà còn cho thấy hiệu suất đo ổn định và đáng tin cậy trong các ứng dụng thực tế. Với sự cải tiến liên tục của các yêu cầu kiểm tra công nghiệp về độ chính xác, hiệu quả và tính nhất quán, thấu kính viễn tâm đang dần trở thành một phần quan trọng của hệ thống thị giác máy cao cấp, cung cấp khả năng bảo vệ quang học chắc chắn hơn cho sản xuất thông minh và sản xuất tự động.
