Ang Shenzhen V-Plus Technologies Co., Ltd.

3D imaging

Ang mga lente ng telecentric ay gumagawa ng mga tumpak na sukat

Ang mga lente telecentric ay nagdaragdag ng isang sobrang antas ng katumpakan sa mga system ng paningin sa makina.

 234 (1)

Ang mga lente telecentric ay nagdaragdag ng isang sobrang antas ng katumpakan sa mga system ng paningin sa makina.

Ni Andrew Wilson, Editor

Sa maraming mga system ng paningin sa makina, tulad ng mga ginamit sa inspeksyon ng semiconductor, ang mga tumpak na masusukat na pagsukat ay dapat na gawin nang tuloy-tuloy. Upang matiyak na nangyayari ito, ang mga tagabuo ng system ay dapat na lumipat sa mas mahal na mga optical system batay sa mga telecentric lens na ipapakita sa mga bahaging ito. Marami sa mga kadahilanan para sa pagpili ng mga telecentric lens ay lumalabas mula sa mga limitasyon ng mas maginoo na mga system ng lens.

Halimbawa, dapat na gumalaw ang isang bagay kahit na bahagyang sa loob ng lalim ng patlang ng isang maginoo na sistema ng lens, magkakaroon ng nauugnay na pagbabago ng pagpapalaki. Noong nakaraan, ang mga pagbabago sa pagpapalaki dahil sa pag-aalis ng bagay ay na-calibrate sa pamamagitan ng isang karagdagang camera o isang sensor ng lalim na sumusubaybay sa distansya sa pagitan ng lens at ng object. Ang paggamit ng isang telecentric lens ay maaaring makabuluhang bawasan o matanggal ang mga naturang pagbabago sa paglaki at samakatuwid ay alisin ang pangangailangan para sa anumang karagdagang camera at preprocessing ng data ng imahe na maaaring kailanganin upang maitama ang anumang mga error sa paglaki.

Ang mga pagkakamali sa pananaw o paralaks ay maaari ring matanggal sa pamamagitan ng paggamit ng mga telecentric lens. Sa maginoo na mga optikal na sistema, ang mga malapit na bagay ay lilitaw na medyo malaki kaysa sa mga mas malayo dahil ang pagbabago ng isang bagay ay nagbabago sa distansya nito mula sa lens. Gayunpaman, ang mga telecentric lens ay optiko na tama para sa error na paralaks na ito upang ang mga bagay ay manatili sa parehong pinaghihinalaang laki na malaya sa isang tukoy na distansya mula sa lens.

234 (1)

Kapag ginamit ang karaniwang mga optika upang mag-imahe ng mga bagay na 3-D, ang malalayong mga bagay ay lilitaw na mas maliit kaysa sa mga mas malayo. Bilang kinahinatnan, kapag ang isang bagay tulad ng isang silindro na lukab ay nai-imaging, ang tuktok at ilalim na pabilog na mga gilid ay lilitaw na magkakasama at ang panloob na dingding ng silindro ay nakunan ng imahe (ang mga karaniwang optika ay kumikilos tulad ng mga mata ng tao kapag tumitingin sa loob ng tasa o baso) . Gayunpaman, sa pamamagitan ng paggamit ng mga telecentric optika, ang ilalim na gilid at panloob na mga pader ay nawawala at samakatuwid ang telecentric lens ay nagbibigay ng isang 2-D na pagtingin sa isang 3-D na bagay, na ginagawang mas marami o mas kaunti ang paggana ng system ng paningin ng makina tulad ng CAD software (tingnan ang Larawan 1 ).

Pagbabago ng paglaki

Tinutukoy ng Telecentricity kung paano nagbabago ang dami ng pagpapalaki ng isang bagay sa loob ng larangan ng view (FOV) na may distansya ng object. Kaya, para sa parehong FOV, ang mga bagay na nai-imaging may isang haba ng lens na haba ay magpapamalas ng mas kaunti sa isang pagbabago ng pagpapalaki kaysa sa na-imaging sa isang maikling lens ng haba ng focal-length. Dahil ang mga telecentric lens ay kumikilos na parang mayroon silang isang walang katapusang haba ng pokus, ang paglaki ay malaya sa distansya ng bagay. Bagaman ang mga bagay na inilipat ng malapit o malayo mula sa lens ay maaaring mag-iba sa pagtuon, ang laki ng imahe ng bagay ay magiging pare-pareho.

234 (2)

Ang antas ng telecentricity ng isang tukoy na lens ay sinusukat ng punong ray o anggulo ng telecentric (tingnan ang Larawan 2). Habang ang mga karaniwang lente ng komersyal ay maaaring may mga anggulo ng telecentric na 10 ° o higit pa, ang mga lente ng telecentric ay may mga punong anggulo ng ray na mas mababa sa 0.1 °. Upang makamit ang antas ng telecentricity na ito, ang layunin na elemento ay dapat na mas malaki kaysa sa FOV ng bagay na nai-imaging, na ginagawang mas malaki ang mga naturang lente at sa gayon ay mas mahal.

Sa pagpili ng isang telecentric lens para sa isang partikular na aplikasyon ng machine-vision, dapat maunawaan ng mga integrator ng system ang parehong terminolohiya na ginamit ng mga indibidwal na tagagawa at mga prinsipyo sa pagpapatakbo sa likod ng bawat disenyo ng lens. Sa pangkalahatan, ang mga telecentric lens ay ibinibigay bilang object-space, image-space, o doble o bi-telecentric na mga disenyo (tingnan ang Larawan 3). Habang maraming mga tagagawa ang nag-aalok ng mga ganitong uri ng lente, ang mga lente na telecentric na laraw sa puwang ng imahe ay mas madalas na ginagamit sa kagamitan sa pag-projection ng imahe at bihirang sa mga application na nakikita ng makina.

234 (3)

Sa mga lente ng telecentric, ang punong sinag sa gitna ng pasukan ng pasukan o exit ay kahanay sa optical axis, sa isa o sa magkabilang panig ng lens, depende sa kung aling uri ng lens ang ginagamit. Sa mga system ng paningin ng makina, ang pinakamadalas na ginagamit ng mga ganitong uri ng lens ay ang telecentric na bahagi ng object. Sa mga disenyo na ito, ang mga punong sinag ay kahanay ng bagay na sinusukat, at ginagamit ang system ng lens upang ituon ang imahe sa isang camera ng CCD o CMOS. Dahil ang mga lente na ito ay telecentric lamang sa bahagi ng object, mas kaunting mga elemento ng lens ang kinakailangan kaysa sa mga bi-telecentric lens, na nagreresulta sa mas mababang gastos.

Para sa alinman sa 2/3 o 1/2-in. format sensor, nag-aalok ang Edmund Optics ng dalawang serye ng mga object-side telecentric lens sa Techspec Gold Series nito. Habang ang 2/3-in. Ang serye ay may kasamang limang lente para magamit sa alinman sa 2/3-in. o mas maliit na mga sensor, ang 1/2-in. Ang serye ay may kasamang apat na lente para magamit sa 1/2-in. o mas maliit na sensor. Ang 1/2-in. serye ay pinapakinabangan ang saklaw ng patlang sa pamamagitan ng pagtutugma sa pinakamalaking mga halaga ng FOV para sa 2/3-in. serye, na nagbibigay-daan para sa mas malaking mga patlang na may mas maliit na mga camera. Ang mga lente na ito ay nagbubunga ng patuloy na pagpapalaki sa isang tinukoy na lalim ng patlang at nagbibigay ng mas mababa sa 0.2 ° telecentricity sa tinukoy na saklaw na distansya sa pagtatrabaho.

Mga puwang ng object at imahe

Maraming mga object-space telecentric lens ay inaalok na may naayos na haba ng pokus. Gayunpaman, sa ilang mga application ng paningin sa makina maaaring kinakailangan na optikal na taasan ang laki ng nakunan ng imahe. Upang matugunan ang mga kinakailangang ito, nag-aalok ang ilang mga kumpanya ng mga telecentric zoom lens na pinapayagan ang gumagamit na baguhin ang haba ng pokus sa lugar ng imahe habang pinapanatili ang telecentricity sa bahagi ng object ng lens. Upang makamit ito, ang mga telecentric zoom-lens system ay dapat na awtomatikong ilipat ang front-end optika at ang paghinto sa pagitan ng harap at likod ng mga lente sa iba't ibang mga rate. Dahil ang mga sistemang ito ng lens ay mas sopistikado sa mekanikal kaysa sa mga nakapirming-focal-length na lente, ang zoom telecentrics ay inaalok ng kaunting mga kumpanya lamang.

Ang 12x telecentric zoom-lens system mula sa Navitar, halimbawa, ay nagbibigay ng telecentricity sa loob ng mas mababa sa 0.3 ° habang pinapanatili ang patuloy na pananaw at pagpapalaki. Na may saklaw na patlang mula 50 hanggang 4 mm sa layo na nagtatrabaho ng 188-mm, nagbibigay ang 12x telecentric ng naaayos na haba ng pokus sa isang 0.16x hanggang 1.94x na saklaw ng pagpapalaki.

Sa ilang mga kaso, lalo na para sa mga sukat na may mataas na katumpakan, ang mga bi-telecentric lens na nagbibigay ng telecentricity sa parehong mga object ng eroplano ng imahe at imahe ay dapat gamitin upang mabawasan ang mga epekto ng mga optikal na aberration at mga distorsyong geometriko. Dahil ang mga dobleng telecentric lens ay may walang katapusang haba ng focal, ang laki ng imahe ay hindi mag-iiba sa FOV dahil sa posisyon ng sensor. Sa gayon, ang mga disenyo ng bi-telecentric ay maaaring magkaroon ng mas malaking lalim ng pagpapalaki ng patlang at isang mas malaking saklaw kung saan ang bagay na nai-imaging ay maaaring lumipat habang pinapanatili pa rin ang parehong pagpapalaki.

Ito ay lalong mahalaga sapagkat ang mga sensor ng CCD at CMOS ay patuloy na binuo na may mas maliit at mas maliit na mga pixel. Upang matulungan ang pagtuon ng ilaw sa mga indibidwal na pixel, ang mga vendor ng imager ay nagsasama ngayon ng mga microlens array sa kanilang mga sensor. Inilagay sa bawat indibidwal na pixel, ang mga lente na ito ay pinaka-epektibo kapag ang mga papasok na ilaw ng ilaw ay magkakaiba ng 5 ° o mas kaunti pa sa normal. Dahil dito, ang mga bi-telecentric lens, kung saan umiiral ang telecentricity sa parehong bagay at bahagi ng imahe ng lente, ay maaaring pagtuunan nang mas epektibo ang papasok na ilaw. Bagaman ang mga lente na ito ay mas mahal kaysa sa solong object-side telecentric lens, pinapataas nila ang kawastuhan ng pagsukat ng object.

Ang isa pang kalamangan sa mga bi-telecentric lens ay kahit na pag-iilaw. Dahil sa partikular na landas ng mga sinag sa puwang ng imahe kung saan ang mga ray cone ay nakakagulat sa ibabaw ng detektor na may parehong pagkahilig, ang mga pixel ay naiilawan ng parehong lakas sa lahat ng laki ng detector. Ang tampok na ito ay hindi masyadong kilala, ngunit maaaring maging napaka kapaki-pakinabang para sa mga application na kung saan ang kulay ng homogeneity ay kailangang kontrolin.

Ang mga lente ay inaalok ng isang bilang ng mga kumpanya kabilang ang V-Plus Technologies, Navitar, Schneider Optics, at Sill Optics. Ang Schneider Optical's Xenoplan bilateral telecentric lens, halimbawa, ay idinisenyo upang gumana sa 2/3-in. format ng mga CCD camera at may naaayos na mga kontrol ng iris at focus. Ang mga nakapirming focal-length na lente ay binubuo ng limang magkakaibang mga modelo na may nakapirming pagpapalaki: 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 4, at 1: 5.

Tulad ng binanggit ni Rolf Wartmann ng Schneider Optics, kapag ang mga bi-telecentric lens ay hindi ginagamit bilang mga tumpak na pagsukat ng lente, ang mga walang simetrya o naaanod na mga imahe ng gilid ay lumitaw kapag nagpapalabas ng damdamin. Ito ay humahantong sa hindi eksaktong pagtuklas ng mga gilid, na may resulta na ang antas ng kawastuhan na posible nang teoretikal ay malinaw na hindi nakakamit. Ang mga lens ng telecentric na bilaterally ay hindi nagpapakita ng mga bahid na ito, at sa gayon ay posible upang makalapit sa posibleng teoretikal na antas ng kawastuhan (tingnan ang www.schneiderkreuznach.com/ knowhow/telezentrie_e.htm).

Mga lente ng fresnel

Ang mga object-space telecentric lens system ay dapat magkaroon ng isang front element na hindi bababa sa kasing laki ng FOV. Dahil dito, isang maginoo na space space telecentric lens para sa pagtingin kahit isang 16-in. Ang patlang ay kapwa napakamahal at napakabigat (tingnan ang Larawan 4). Upang mapagtagumpayan ito, ang mga kumpanya tulad ng LightWorks ay gumawa ng mga telecentric lens na isinasama ang mga lente ng Fresnel upang mabawasan ang timbang, gastos, at haba. Ang mga fresnel-based telecentric lens ay karaniwang dinisenyo na may pang-una na elemento ng isang form na Fresnel na kahawig ng isang plano-convex o plano-concave na lens na pinutol sa makitid na singsing at na-flat out. Kadalasan ang Fresnel lens ay gawa sa manipis, naka-groove na hulma ng plastik, at ang likurang elemento o elemento ay dinisenyo na may maginoo na optika.

234 (4)

Mayroong isang malaking kalamangan sa paggamit ng mga Fresnel lens bilang bahagi ng isang telecentric system-maaari silang maitayo upang mapaunlakan ang mas malaking FOV kaysa sa praktikal o posible. Ang praktikal na limitasyon ng isang maginoo telecentric lens ay malamang na nasa saklaw ng tungkol sa 12 hanggang 16 in. Ang Light Works ay nagdisenyo at nagtayo ng mga sistemang telecentric na nakabatay sa Fresnel para sa FOV na kasing laki ng 42 in.

Sa kabila ng kanilang mga kalamangan, limitado ang mga system na batay sa lens ng Fresnel. Dahil ang mga Fresnel lens ay walang pagwawasto ng kulay, karaniwang pinakamahusay na gamitin ang mga ito ng may halos monochromatic light tulad ng mga LED na mapagkukunan. Kung hindi man, may posibilidad na ang hitsura ng mga kulay ng mga palawit sa paligid ng mga bagay na nai-imaging. Gayundin, kumpara sa maginoo na lente, ang kalidad ng imahe mula sa isang Fresnel lens ay pinakamahusay na patas at maaaring hindi isang mahusay na pagpipilian sa lubos na tumpak na mga pagsukat ng aplikasyon o para sa pagtuklas ng maliliit na depekto. Ang pagkawala ng ilaw mula sa isang Fresnel lens ay medyo malaki din dahil sa pagsabog ng ilaw sa mga uka ng lens at kawalan ng mga coatings ng antireflection sa lens mismo. Gayunpaman, para sa mga aplikasyon na may mababang resolusyon ng isang Fresnel-based telecentric lens ay maaaring maging isang napaka praktikal at mabisang solusyon.

234 (5)

Kapansin-pansin, inaangkin ng Canon na nalampasan ang mga problemang nauugnay sa mga naturang lente sa teknolohiyang diffractive optics (DO), na gumagamit ng dalawang solong-layer na diffractive na mga elemento ng optikal na ang mga gratings ng diffaction ay pinag-iugnay nang harapan (tingnan ang Larawan 5). Dahil ang mas mahabang haba ng haba ng daluyong ay bumubuo ng isang imahe na mas malapit sa lens dahil sa malaking diffractive na anggulo, at ang mga mas maikli na haba ng daluyong ay bumubuo ng isang imahe na mas malayo mula sa lens dahil sa mas maliit na diffractive na anggulo, na inilalagay ang mga elemento ng DO kasama ang maginoo na salamin ng optika ng salamin na nagkansela sa mga chromatic aberrations (tingnan ang Canon Website). Sa kasamaang palad, ang paggamit ng teknolohiyang ito ay hindi pa makahanap ng paraan sa mga disenyo ng telecentric na batay sa lens.

Nagbibigay ang mga pericentric optika ng 360 ° view

Maraming mga system ng paningin sa makina ang ginagamit upang siyasatin ang higit sa isang mukha ng isang piraso, at sa maraming mga kaso ay kailangan ng 100% na inspeksyon ng isang silindro o spherical na ibabaw. Noong nakaraan ang mga pag-iinspeksyon na ito ay ginawa gamit ang isang hanay ng mga camera na inilagay sa paligid ng bahagi, na ang bawat camera ay kumukuha ng imahe ng isang tukoy na bahagi o bahagi ng piraso.

Sa kasamaang palad, ang pamamaraang ito ay nagdaragdag ng mga gastos sa system dahil sa bilang ng mga kinakailangang camera. Bilang karagdagan, ang bagay na nai-imaging ay dapat na tumpak na nakaposisyon, dahil ang bawat camera ay kailangang i-imahe ang piraso sa isang tukoy na anggulo. Upang mapagtagumpayan ang mga problemang ito ay binuo ang mga optikal na diskarte tulad ng isang kamera lamang ang kinakailangan upang makamit ang isang imahe ng lahat ng mga tampok ng isang ibabaw.

234 (6)

Ang mga lente na ito ay tinatawag na pericentric dahil sa daanan ng mga sinag sa loob ng layunin - ang mag-aaral na siwang ay makikita mula sa puwang ng bagay habang gumagalaw sa paligid ng paligid ng zone ng harap na pangkat ng salamin. Nangangailangan lamang sila ng isang camera upang makuha ang imahe ng parehong harap na ibabaw ng isang bagay at ang mga nakapalibot na gilid. Kapag ang mga imahe ng lens ng isang cylindrical na bagay pareho sa harap na ibabaw at sa ibabaw ng silindro ay nai-imaging nang sabay.

Ang bentahe ng diskarte na ito, na madalas na ginagamit upang siyasatin ang mga bahagi tulad ng mga bote ng baso, mga de-lata na aluminyo, at iba pang packaging ng produkto ng consumer, ay ang lahat ng mga tampok ng object ay maaaring nai-imaging sa parehong frame at maaaring maproseso ng isang solong algorithm upang makakuha ng isang flat representasyon ng ibabaw ng silindro.