Jakie są korzyści wynikające z zastosowania obiektywu telecentrycznego w systemie pomiarowym wideo?

Jeśli masz do czynienia z dowolnym typem systemów optycznego pomiaru, to wiesz, jak ważny jest obiektyw w takim systemie. Jest on jego okiem, a podobnie jak ludzkie oko, jeśli nie widzi lub nie mierzy czegoś poprawnie, cały system staje się niedokładny. Dlatego właśnie wybór odpowiednich obiektywów w każdym systemie pomiaru wideo jest niezwykle istotny.

Wśród szerokiej gamy obiektywów dostępnych na rynku obiektywy telecentryczne są najlepszym wyborem, gdy chodzi o maksymalną dokładność i precyzję. Nie są to najtańsze obiektywy, a nie każdy system pomiarowy wizyjny wymaga użycia obiektywów telecentrycznych. Jednak w przypadku systemów pomiarowych wizyjnych, w których kluczowe znaczenie ma dokładność pomiaru — na przykład przy obiektach pomiarowych o dużej zmienności wysokości lub głębokości — obiektywy telecentryczne są rozwiązaniem optymalnym. Niniejszy artykuł wyjaśnia, dlaczego obiektywy telecentryczne są najlepsze oraz jakie korzyści oferują.

Co jest wyjątkowego w obiektywie telecentrycznym?

Zanim zrozumiesz zalety obiektywów telecentrycznych, musisz poznać różnice w zasadach działania obiektywu telecentrycznego w porównaniu do obiektywu standardowego. Standardowe lub zwykłe obiektywy działają podobnie jak ludzkie oczy. Obiekty znajdujące się dalej wydają się mniejsze lub bardziej oddalone, natomiast te bliższe wydają się większe i bliższe. To zjawisko nazywamy perspektywą. W fotografii nie stanowi to problemu, jednak w pomiarach powoduje błąd i jest niedopuszczalne. Obiektyw telecentryczny jest zaprojektowany tak, aby wyeliminować tę deformację perspektywy. Pozwala on na obserwację obiektów znajdujących się w różnych odległościach przy stałym powiększeniu. Oznacza to, że niezależnie od tego, czy mierzony element znajduje się dokładnie w płaszczyźnie ogniskowej, czy też nieco powyżej lub poniżej niej, obiektyw przedstawia go w tej samej wielkości. Jest to przełom w pomiarach, ponieważ eliminuje jedną z największych przyczyn zmienności w inspekcji optycznej.

Paralaksa stanowi poważny problem w pomiarach

Bardzo uciążliwym problemem w pomiarach optycznych jest błąd paralaksy. Występuje on, gdy mierzony element ma pewną grubość lub nie leży dokładnie płasko na stole pomiarowym. W przypadku typowej soczewki nawet niewielkie przesunięcie elementu w górę lub w dół sprawia wrażenie zmiany wyniku pomiaru — kontury wydają się przesuwać, a sam pomiar staje się niestabilny.

Tego typu problemy można rozwiązać za pomocą soczewek telecentrycznych. Soczewki telecentryczne zapewniają stałą odległość między soczewką a obiektem oraz stały powiększenie. Oznacza to, że pomiary pozostają spójne, nawet jeśli komponent nie został umieszczony idealnie. Jest to szczególnie korzystne przy pomiarach części mechanicznych posiadających stopnie, otwory oraz inne złożone geometrie w trzech wymiarach. Nie musisz martwić się, czy komponent został umieszczony dokładnie w płaszczyźnie. Soczewka telecentryczna automatycznie kompensuje te odchylenia.

Precyzja i powtarzalność pomiarów w całym polu widzenia

Obraz tworzony przez standardowe obiektywy nie jest jednorodny i ulega zniekształceniu w okolicach krawędzi. Na przykład środek obrazu może przedstawiać płaski obiekt wyglądający jednorodnie, ale w miarę przesuwania się ku narożnikom ten sam obiekt może wydawać się mieć inne kształty i rozmiary z powodu zmian powiększenia. W świecie precyzyjnych pomiarów nawet najmniejsze zniekształcenie można zmierzyć.

Technologia obiektywów telecentrycznych to technologia służąca precyzyjnym pomiarom. W przeciwieństwie do standardowych obiektywów zapewnia ona spójną wydajność na całym polu widzenia – od środka do krawędzi. Oznacza to, że pomiary można przeprowadzać na dowolnym elemencie znajdującym się w całym polu pomiarowym bez obawy o nadmierny błąd położenia. Jest to szczególnie istotne przy pomiarach komponentów zawierających wiele cech w całym polu pomiarowym.

Ulepszona obsługa głębokości i wysokości

W systemie pomiarowym wizyjnym często konieczne jest mierzenie cech położonych na różnych wysokościach. Rozważmy np. detal z wystającym wałkiem lub otworem z gwintem wpuszczonym. Górna powierzchnia i dno otworu znajdują się na różnych głębokościach. Przy użyciu standardowego obiektywu przechwycenie tej różnicy głębokości jest trudne, ponieważ głębia ostrości obiektywu zależy od zmiennej odległości. W praktyce wymaga to zwykle skomplikowanych kalibracji lub dodania wielu czujników.

Obiektywy teleskopowe stanowią rozwiązanie problemów związanych z głębokością, ponieważ zapewniają stałą powiększenie. Dzięki nim różnice wysokości stają się nieistotne. Niezależnie od tego, czy dana cecha znajduje się wyżej czy niżej niż jej sąsiedzi, obiektyw zachowuje stałą odległość do każdej z tych cech. To właśnie czyni obiektywy teleskopowe szczególnie przydatnymi przy pomiarze detali o złożonych kształtach, takich jak matryce i tłoczniki.

Mniejsza wrażliwość na wahania natężenia oświetlenia

Specjaliści z zakresu pomiarów optycznych są zgodni, że światło i warunki oświetlenia mają kluczowe znaczenie. Standardowe obiektywy często są podatne na wpływ zmian w oświetleniu. Przesunięcie pomiarowe może wystąpić przy zmianie źródła oświetlenia lub przy różnych odbiciach od powierzchni mierzonego elementu.

Obiektywy telecentryczne zapewniają zazwyczaj wyższą precyzję. Ich konstrukcja umożliwia przechwytywanie promieni rozłożonych bardziej jednorodnie, mimo drobnych zmian poziomu oświetlenia. Pominięcie odpowiedniego oświetlenia wpłynie na wyniki pomiarów, jednak w znacznie mniejszym stopniu niż w przypadku innych metod pomiarowych. W zajętych warsztatach, gdzie warunki oświetlenia zmieniają się przy każdym pomiarze, obiektywy telecentryczne zapewniają niezbędną precyzję do osiągnięcia wysokiej produktywności.

Mierzalny wpływ na niezawodność

Wszystkie wyżej wymienione korzyści łącznie zapewniają niezawodne działanie systemu pomiarowego. Nie tracisz czasu na dostosowywanie położenia elementu. Nie martwisz się koniecznością idealnego wypoziomowania elementu. Otrzymujesz spójne pomiary nawet w przypadku skomplikowanych konfiguracji geometrycznych.

Istnieje wiele dodatkowych korzyści praktycznych wynikających z takiego stopnia niezawodności. Poprawia to jakość danych jakościowych. Przedstawiasz właściwe wartości w raportach przeznaczonych dla klientów i inspekcji. Kontrolujesz procesy produkcyjne z pełnym zaufaniem do przedstawianych danych. Jest to podstawa skutecznej kontroli jakości.

Kiedy stosować obiektyw telecentryczny

Obiektywy telecentryczne są świetnym rozwiązaniem w niektórych zastosowaniach, ale nie zawsze są konieczne. Jeśli w Twoim zastosowaniu chodzi o pomiar prostych, płaskich, dwuwymiarowych elementów umieszczanych równolegle do stołu pomiarowego, wybór obiektywu nie będzie miał dużego wpływu na wynik. Natomiast jeśli mierzysz elementy trójwymiarowe z cechami pionowymi, obiektyw telecentryczny zapewni istotne korzyści.

Precyzyjne frezowanie, produkcja części samochodowych oraz wytwarzanie form to przykładowe dziedziny przemysłu, które skorzystają z zastosowania obiektywów telecentrycznych. Są to branże, które stawiają najwyższe wymagania wobec systemów pomiarowych wizyjnych, a te systemy zostały zaprojektowane tak, aby zapewniać wyniki o bardzo wysokiej dokładności.

Myślenie o całym systemie

Obiektyw telecentryczny jest elementem większego systemu opartego na rygorystycznych zasadach pomiaru. Obiektyw telecentryczny powinien być dobrze zintegrowany z kamerą, oprogramowaniem oraz sprzętem. Aby obiektyw telecentryczny osiągnął swój pełny potencjał, cały system musi być zaprojektowany z myślą o zasadach pomiaru, a nie tylko sam obiektyw.

Obiektyw telecentryczny pozwala na pewne pomiary różnych typów komponentów i przyczynia się do zmniejszenia niepewności pomiarowej. Ponadto umożliwia operatorom skupienie się na wykonywanych zadaniach zamiast zajmować się niespójnościami w pomiarach.

Podsumowanie

Wysokiej jakości obiektyw jest niezbędny do każdej poważnej inspekcji wymiarowej i nie powinien być traktowany jako element drugorzędny. Obiektywy telecentryczne oferują konkretne zalety, które znacząco wpływają na ich wydajność. Eliminują błędy paralaksy i zapewniają stały powiększenie w całym polu widzenia. Radzą sobie z różnymi głębokościami i wysokościami badanych elementów oraz zapewniają stabilne wyniki, które są mniej podatne na zmiany warunków oświetlenia otoczenia.

Wszystkie te zalety odnoszą się do jednej zasady: zwiększają one niezawodność systemu pomiarowego wizyjnego. Gdy system pomiarowy jest niezawodny, można mieć pewność, że jakość produktów również jest niezawodna. To właśnie jest najważniejsze.