Ống kính telecentric trong thị giác máy: khi nào bạn thực sự cần

Ống kính telecentric giải quyết đúng một vấn đề, và giải quyết trọn vẹn. Nếu bạn đang gặp vấn đề đó, không gì khác thay thế được. Nếu không, bạn đang trả gấp nhiều lần giá một ống kính tiêu chuẩn để nhận lấy trường nhìn hẹp hơn và khoảng cách làm việc cố định.

Đây là phần giải thích thẳng thắn về vấn đề nó giải quyết, cách nhận ra bạn đang gặp vấn đề đó, và bạn phải đánh đổi những gì.

Vấn đề: vật càng gần thì càng trông lớn hơn

Ống kính thông thường, tên gọi chính xác là entocentric, hoạt động giống như mắt người. Nó có hình nón thị trường mở rộng theo khoảng cách, nên vật thể trông lớn hơn khi ở gần ống kính và nhỏ hơn khi ở xa. Mọi bức ảnh bạn từng thấy đều dựa vào điều này, và với phần lớn hoạt động kiểm tra thì nó vô hại.

Nó thôi vô hại ngay khi bạn bắt đầu đo. Hình nón đó dẫn trực tiếp tới hai hệ quả:

Độ phóng đại thay đổi theo chiều cao

Một chi tiết nằm cao hơn 2 mm trên gá sẽ cho ảnh lớn hơn một chút. Đo nó và bạn nhận kết quả khác cho cùng một chi tiết, chỉ vì nó không được đặt giống nhau.

Bạn nhìn thấy phần thành bên của vật

Càng xa tâm quang học, ống kính càng nhìn vật thể hơi chếch từ bên cạnh, nên lỗ tròn thành hình bầu dục và chân cắm nghiêng ra ngoài. Càng xa tâm, hiện tượng càng nặng.

Ống kính telecentric loại bỏ cả hai. Các tia sáng của nó song song thay vì hội tụ, nên độ phóng đại không đổi bất kể khoảng cách và mọi điểm đều được nhìn chính diện. Lỗ vẫn tròn ở bất cứ vị trí nào trong khung, và chi tiết thay đổi chiều cao vẫn đo ra cùng kết quả.

Sơ đồ trường nhìn của ống kính mở rộng theo khoảng cách tới cảm biến — Trường nhìn của ống kính tiêu chuẩn mở rộng theo khoảng cách. Chính sự mở rộng đó là sai số phối cảnh mà ống kính telecentric loại bỏ.

Khi nào nó là câu trả lời đúng duy nhất

Có bốn tình huống thực sự đòi hỏi quang học telecentric, chứ không chỉ là dùng thì tốt hơn.

Đo kích thước theo một dung sai thực

Nếu bạn báo ra một con số mà bản vẽ có quy định dung sai, thì sai số phối cảnh chính là sai số đo. Ống kính tiêu chuẩn đưa vào một biến động không thể hiệu chuẩn để loại bỏ, vì nó phụ thuộc vào chỗ chi tiết tình cờ nằm.

Chi tiết có chiều cao thực, kiểm tra từ trên xuống

Bất cứ vật có độ sâu nào nhìn qua ống kính thông thường đều lộ thành bên, nên lỗ trông như bị vát và vỏ đầu nối trông nghiêng. Quang học telecentric nhìn thẳng xuống trên toàn khung, và đó là lý do nó là tiêu chuẩn cho công việc với chân cắm và lỗ.

Các đặc điểm phải so sánh trên toàn khung

Khi một phép kiểm tra so sánh đặc điểm ở mép với đặc điểm ở giữa, phối cảnh đã làm chúng khác nhau trước cả khi bản thân chi tiết làm vậy. Bước chân cắm trên một đầu nối rộng là trường hợp kinh điển.

Vị trí chi tiết bạn không kiểm soát hoàn toàn được

Nếu chi tiết đến với ít nhiều sai lệch về chiều cao hoặc cách đặt, mà làm lại gá thì không khả thi, quang học telecentric sẽ hấp thụ sai lệch đó bằng quang học thay vì để bạn phải xử lý bằng cơ khí.

Kiểm tra đầu nối là ví dụ chúng tôi gặp nhiều nhất. Header nhiều chân đúng là trường hợp khó: chiều cao thực, các đặc điểm phải so sánh trên toàn khung, và dung sai cho vị trí chân. Trong một dự án đầu nối, chúng tôi dùng ống kính telecentric chính là để loại bỏ méo phối cảnh, và sau đó mô hình đạt độ chính xác tuyệt đối trên tập kiểm tra chỉ từ hai ảnh huấn luyện, một ảnh toàn tốt và một ảnh toàn lỗi. Quang học đã làm phần việc mà lẽ ra mô hình phải gánh.

Ảnh kiểm tra một đầu nối nhiều chân với một chân bị cong đã được nhận diện, ảnh gốc đặt cạnh lớp phủ AI — Phát hiện chân cong trên đầu nối nhiều chân. Với ống kính tiêu chuẩn, các chân ngoài tự nghiêng ra ngoài, đó là tín hiệu giả mà mô hình phải được dạy để bỏ qua.

Bạn phải đánh đổi những gì

Ống kính telecentric không phải một bản nâng cấp miễn phí. Nó kèm theo bốn khoản đánh đổi thực sự.

Ràng buộc	Điều đó có nghĩa gì trong thực tế
Trường nhìn là cố định	Ống kính chỉ có một trường nhìn, do quang học của nó quy định. Bạn không thể lùi ra để thấy rộng hơn, nên chi tiết phải vừa với ống kính chứ không phải ngược lại.
Quang học phải phủ được chi tiết	Tia song song nghĩa là thấu kính trước phải rộng ít nhất bằng trường nhìn. Chi tiết lớn cần một ống kính to về mặt vật lý và đắt, và đó là lý do công việc telecentric tập trung vào chi tiết nhỏ.
Khoảng cách làm việc là cố định	Chiều cao lắp đặt do ống kính quyết định, không do rào chắn và lối tiếp cận của bạn. Hãy xác nhận nó vừa với trạm trước khi chốt.
Chi phí	Gấp nhiều lần một ống kính tiêu chuẩn tương đương. Đáng chi khi phương án còn lại là một phép đo bạn không thể tin, và khó biện minh trong các trường hợp khác.

Chiều sâu trường ảnh cũng nên tính toán thay vì mặc định. Ống kính telecentric thường làm việc ở khẩu độ nhỏ, điều đó có ích, nhưng chiều sâu bạn có được vẫn là hữu hạn và vẫn phải phủ hết dao động chiều cao của chi tiết.

Sơ đồ thể hiện giới hạn gần và xa của chiều sâu trường ảnh quanh một khoảng cách làm việc — Chiều sâu trường ảnh là dải vẫn giữ được độ nét chấp nhận được. Dao động chiều cao của chi tiết phải nằm trong dải đó, bất kể bạn chọn ống kính nào.

Khi nào bạn không cần đến nó

Phần lớn hoạt động kiểm tra là phát hiện, không phải đo, và phát hiện thì không quan tâm tới phối cảnh. Nếu câu hỏi là có vết xước, vết bẩn, thiếu linh kiện hay mối hàn lỗi hay không, thì ống kính tiêu chuẩn với ánh sáng phù hợp mới là câu trả lời đúng và rẻ hơn nhiều. Sai số phối cảnh chỉ dịch vị trí xuất hiện của một đặc điểm đi một phần nhỏ của milimet. Nó không che được lỗi.

Điểm phân biệt đáng ghi nhớ: đặc tả theo hướng đo trong khi thực ra chỉ cần phát hiện là một trong những cách phổ biến nhất khiến bạn mua thừa cho một hệ kiểm tra. Hãy xác định trước bạn đang hỏi câu hỏi nào, rồi mua quang học cho đúng câu hỏi đó.

Cách quyết định, một cách cụ thể

Ghi rõ bạn đang phát hiện lỗi hay báo ra một kích thước. Nếu là phát hiện, dừng ở đây và dùng ống kính tiêu chuẩn.
Nếu là kích thước, hãy tìm dung sai. Sau đó ước lượng dao động chiều cao của chi tiết và đặc điểm nằm cách tâm bao xa.
So sánh sai số phối cảnh suy ra từ đó với dung sai. Nếu nó chiếm một phần đáng kể, bạn cần quang học telecentric.
Kiểm tra trường nhìn của ống kính có vừa với chi tiết và khoảng cách làm việc cố định của nó có vừa với trạm của bạn.
Xác nhận chiều sâu trường ảnh phủ hết dao động chiều cao của bạn.

Các công cụ tính quang học của chúng tôi sẽ tính cho cả hai hướng, bao gồm các phương án telecentric với khoảng cách làm việc cố định của chúng, để bạn có thể so sánh ống kính tiêu chuẩn ở một khoảng cách lắp đặt đã chọn với phương án telecentric trước khi có ai báo giá thiết bị. hướng dẫn về camera công nghiệp bao quát phía cảm biến của cùng quyết định đó, còn hướng dẫn về hệ thống thị giác máy đặt cả hai vào bối cảnh của toàn bộ trạm. Chiếu sáng là nửa còn lại của mọi quyết định quang học, được trình bày trong bài viết của chúng tôi về chiếu sáng cho thị giác máy.

Câu hỏi thường gặp

Ống kính telecentric là gì?

Ống kính telecentric là ống kính có các tia sáng song song thay vì hội tụ, nên độ phóng đại giữ nguyên bất kể khoảng cách tới vật và mọi điểm trong khung đều được nhìn chính diện. Trên thực tế, nó loại bỏ phối cảnh: lỗ vẫn tròn ở bất cứ vị trí nào trong ảnh, và chi tiết nằm cao hơn một chút vẫn đo ra cùng kích thước. Ống kính tiêu chuẩn, tên gọi chính xác là entocentric, có hình nón thị trường mở rộng theo khoảng cách nên không làm được cả hai điều đó.

Khi nào tôi cần ống kính telecentric?

Khi bạn báo một kích thước theo dung sai, khi chi tiết có chiều cao thực và được kiểm tra từ trên xuống, khi một phép kiểm tra so sánh các đặc điểm trên toàn khung như bước chân cắm của một đầu nối rộng, hoặc khi chiều cao và cách đặt chi tiết dao động theo cách không thể khắc phục bằng gá. Ngoài những trường hợp đó, ống kính tiêu chuẩn với ánh sáng tốt thường là lựa chọn đúng.

Ống kính telecentric và ống kính tiêu chuẩn khác nhau thế nào?

Ống kính entocentric tiêu chuẩn có trường nhìn mở rộng theo khoảng cách, nên vật thể trông lớn hơn khi ở gần và các đặc điểm xa tâm bị nhìn hơi chếch từ bên cạnh. Ống kính telecentric có tia song song, cho độ phóng đại không đổi và góc nhìn chính diện ở mọi vị trí trong khung. Đánh đổi là ống kính telecentric có trường nhìn cố định, khoảng cách làm việc cố định, quang học phía trước rộng ít nhất bằng trường nhìn, và giá cao hơn nhiều.

Vì sao ống kính telecentric đắt?

Vì tia song song đòi hỏi thấu kính trước phải lớn ít nhất bằng trường nhìn được chụp. Tăng gấp đôi trường nhìn thì đường kính thủy tinh chính xác cần dùng cũng tăng khoảng gấp đôi, và chi phí tăng rất nhanh theo đường kính đó. Đây cũng là lý do quang học telecentric tập trung vào chi tiết nhỏ, và vì sao một ống kính telecentric lớn thường là không khả thi chứ không chỉ là đắt.

Ống kính telecentric có chiều sâu trường ảnh tốt hơn không?

Chúng thường cho kết quả tốt vì hay được dùng ở khẩu độ nhỏ, nhưng chiều sâu trường ảnh vẫn là hữu hạn và nên được tính toán thay vì mặc định. Yêu cầu giống như với mọi ống kính: dải vẫn giữ độ nét chấp nhận được phải phủ hết dao động chiều cao của chi tiết ở khoảng cách làm việc của bạn.

Tôi có thể dùng ống kính telecentric để phát hiện lỗi thay vì để đo không?

Được, và nó sẽ hoạt động, nhưng rất ít khi xứng với số tiền bỏ ra. Sai số phối cảnh chỉ dịch vị trí xuất hiện của một đặc điểm đi một phần nhỏ của milimet; nó không che được vết xước, vết bẩn hay linh kiện bị thiếu. Với việc phát hiện, dùng ngân sách cho hình học chiếu sáng sẽ cải thiện kết quả nhiều hơn là dùng cho quang học telecentric.

Xem Overview AI trên linh kiện của bạn

Gửi cho chúng tôi ảnh chụp linh kiện hoặc lỗi của bạn, một kỹ sư thị giác sẽ cho bạn biết Overview có phát hiện được không, phần lớn hệ thống chạy trên dây chuyền trong vài ngày.

Trao đổi với kỹ sư thị giác Ước tính ROI của bạn