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            遠心鏡頭作用之遠心鏡頭能解決哪些問題

            In: 應用案例 On: Tuesday, April 17, 2018 Hit: 4130

            視覺檢測一般會根據檢測要求來制定實施方案,其實解決方案主要是要抓住四點要求:成本、效率、穩定性、精度。對于工業檢測來說穩定性和精度往往是最前提的限制要求,如果這兩個硬指標實現不了就不用考慮后面的成本和效率了。

            一幅特征清晰,對比度高,均勻穩定的圖像是能高效率的關鍵所在,所有高精度的視覺檢測結果都要依賴于視覺圖像的高質量和高穩定性。工業鏡頭在這一點上相比于遠心鏡頭就表現的劣勢十足。究竟遠心鏡頭能夠幫助我們在視覺項目上解決那些實際問題呢?

            在視覺檢測領域我們用常規的工業鏡頭會無法避免以下問題:

            A:因為工件很難保證和相機同軸垂直,工件的邊緣輪廓會因為視差造成失真。

            B:因為無法每次保證工件和相機有同樣的拍攝距離,工件在圖像中的放大倍率會發生變化。

            C:因為鏡頭景深不夠,工件不同深度區域的圖像會有清晰程度不均勻的現象。

            D:拍攝工件的圖像在中心區域和邊緣區域有不同程度的變形,這是因為大畸變造成的。

            E:一些透明材質的工件無法拍攝到清晰的邊緣輪廓,如玻璃、亞克力、橡膠、液體等。

            F:一些反光材質的工件無法拍攝到表面特征,如光潔度高的金屬、玻璃等。

            ………………

            面對以上的視覺問題,我們在視覺測量過程中是無法逃避的,很多時候一個圖像的小問題往往會造成項目方案的失敗,因此,針對具體的問題選擇合適的光學鏡頭往往對一個項目方案有著至關重要的作用,我們通過下面的具體案例來說明。

            2.1 金屬類產品測量

                                 

            硅鋼片鐵芯樣品

            樣品外觀和檢測要求如上圖,主要是針對樣品做多個尺寸的視覺測量。此樣品是金屬材質(具有反光特性),有一定的厚度,看似很簡單的樣品,但是對傳統光學尺寸測量來說實現穩定性和精度的結果非常困難。

                  35mm定焦鏡頭+500萬CCD拍攝的效果

            我們仔細研究上圖可以發現以下問題:

            A、視差問題:硅鋼片樣品是有一定厚度且中空形態特征的零件。一般光學系統拍攝時,內孔邊緣會產生不規則的縱向視差,內壁視差效果會影響樣品內孔邊緣輪廓的準確提取,這樣測量尺寸無法保證測量精度。

            B、反光問題:硅鋼片樣品屬于金屬材質,在視覺拍圖時外加光源會在金屬邊緣區域會有無規則反光,邊緣輪廓的每一個點都會形成一個漫反射點,這樣輪廓邊界會形成一個灰度過渡帶,這樣輪廓提取無法保證精度。

            C、畸變問題:一般的光學鏡頭在視場70%的區域和中心區域會存在1%左右的無規則畸變,這種無規則畸變會導致圖像在不同區域發生1%的形變,這種問題會直接影響測量精度。

            對于以上這些問題,可以通過一定的算法做一些補償處理,但是無法從根源上解決,而且在批量時會隱藏很多未知的隱患。

              雙遠心鏡頭+500萬CCD拍攝的效果

            從上圖可以看出,之前用定焦鏡頭出現的圖像問題已經通過更換雙遠心鏡頭得到了解決。

            A、對于視差,遠心系統全投影拍攝效果,無縱向和橫向視差,可以徹底解決視差的問題

            B、對于反光,遠心系統可以有效避免各種雜反光的效果,大大提升圖片邊緣的銳度,可以徹底解決金屬邊緣反光的問題

            C、對于畸變,遠心系統整體小于0.08%的畸變值,畸變近乎為零,遠遠低于一般的光學系統,可以最大程度上降低畸變,最大程度上減小畸變帶給測量精度的影響

            2.2 細微特征檢測類

             

            陶瓷濾芯小孔堵塞檢測

            此類樣品的特點是產品本身有很大的厚度,要檢測的小孔特征微小,一般的成像物鏡無法保證通光準直,因此一般成像系統無法檢測這類樣品

            16mm定焦鏡頭+500萬CCD

            上圖一眼可以看出,由于視差的問題,所有通過小孔的光線均被產品本身的壁厚遮擋了,這是視差造成的。

            視差問題:因為陶瓷濾芯有50-80mm的高度,且截面上孔位非常小,一般光學系統拍攝時,因為視差的問題,孔位內透光部分被孔內不反光的內壁遮擋,造成無法根據孔位透光情況來判斷陶瓷濾芯孔位是否通暢。

            如果我們對鏡頭的成像原理不是太了解的話,往往會感覺這種問題是無法解決的問題。但我們通過前面的介紹知道,雙遠心鏡頭能很好地解決視差的問題。

            雙遠心鏡頭+500萬CCD

            對于遠心鏡頭成像來說,無視差:遠心系統全投影拍攝效果,無縱向視差,光線通過濾芯內孔且不會因為內壁視差而被遮擋,可以完美的解決這類產品的瑕疵檢測問題。

            2.3 液體雜質檢測類

            藥瓶液體雜質檢測

            此類樣品的特點是透光、反光,且易受外界環境光線的干擾,各個角度的光線會造成遮擋或泛白,影響針對液體內部的雜質檢測。

            50mm定焦鏡頭+500萬CCD

            定焦鏡頭無法避免的反光問題會遮擋住檢測的液體區域:灌裝后的液體要保證安全衛生,需要檢測液體里是否有雜質或異物,因為瓶體本身是玻璃材質,玻璃本身不僅透光還會反光,所以無論怎么拍攝,很大一部分液體圖像都會被玻璃瓶體本身的反光干擾而無法檢測,這個問題會直接導致無法用視覺手段進行灌裝液體的雜質檢測

            雙遠心鏡頭+500萬CCD

            雙遠心鏡頭因為能有效避免反光對成像的干擾:光線經過玻璃瓶體和液體后的折射沒有對遠心系統成像起到遮擋作用,在透明玻璃瓶體內灌裝的液體所有的空間都能無死角的拍攝到,如果有雜質就會比較明顯的呈現出來,讓灌裝液體雜質檢測成為可能。

            2.4 噴砂金屬表面字符檢測

            手機金屬砂面外殼字符檢測

            手機金屬砂面外殼樣品的特點是,金屬表面氧化噴細砂,激光打標后拍攝字符,金屬砂面背景會產生漫反射光暈,光暈會影響字符和背景的對比度,造成字符聚焦不清,檢測難度加大。

            16mm定焦鏡頭+500萬CCD

            定焦鏡頭因為物方光路是有一定視場角的,不可避免的會受到不同角度無規則反光的影響,出現漫反射問題:由于金屬面噴砂顆粒在光線照射下,每個砂礫會形成一個漫反射點,激光腐蝕的字符區域會被周圍的漫反射光線部分覆蓋,因此在拍攝字符時一般的光學系統會出現假失焦的現象,就是無法聚焦清晰,這樣對比度下降會造成字符模糊,檢測變得異常困難。

            雙遠心鏡頭+500萬CCD

            遠心鏡頭因為物方平行光路成像,各種角度的反光無法形成對圖像的干擾,所以不存在漫反射的問題:采用遠心光學系統會完全避免出現漫反射干擾問題,在成像時,無規則反光的光線無法進入到遠心系統里,使得成像不受漫反射的影響,清晰聚焦,在后期字符檢測、識別時變得簡易、高效

            2.5 透光材質零件測量

            硅膠鍵盤高度檢測

            此類樣品的特點是半透光、材質柔軟易形變,且表面特征不在一個平面上,想要一次將表面特征的邊緣輪廓拍出來是無法實現的,因為透光,無論怎么配合光源拍照都無法拍清晰樣品的輪廓邊界。

            定焦8mm鏡頭+500萬CCD

            透射問題:由于硅膠材質本身是透光的,光線照射在樣品特征上會出現透光現象,對于要拍清楚凸起特征邊緣的要求來說很難完成,對于有精度的測量是無法實現的。

            景深問題:由于樣品凸起特征不在同一個物距上,且間距較大,前后凸起特征無法同時清晰聚焦,想要一次拍清是無法實現的。

            倍率問題:由于樣品凸起特征不在同一個物距上,且間距較大,前后特征在一個視場范圍內倍率不同,比例關系不一致,對測量來說是無法保證同一精度的。

            雙遠心鏡頭+500萬CCD

            無透射問題:遠心光學系統只接收平行光線,所以光線透過硅膠內部折射后的光線就不會對成像形成干擾。

            無景深問題:遠心系統的大景深可以將樣品前后不同的凸起特征同時清晰對焦。

            無倍率問題:遠心系統不會因為拍攝物距的不同而出現不同的光學倍率,這樣即使特征物距不同,在測量尺寸時它們的比例關系也是恒定唯一的。

            2.6 多層次零件輪廓測量類

            齒輪外齒牙型檢測

            此類型的工件樣品易反光,且要檢測的特征均不在同一平面上,如何避免金屬反光對輪廓銳度的影響,如何保證齒輪前后不同深度的邊界同時聚焦清晰是這個檢測需要面對主要問題。

            16mm定焦鏡頭+500萬CCD

            反光問題:黃銅材質的齒盤,表面光潔度高,外加光源后,光線在齒盤的邊緣會產生無規則反射,這種反射會造成齒盤成像時邊界黑白灰過渡帶增多,發虛,有類似沒有對焦的發虛現象。

            景深問題:齒盤內有凸臺,內孔的凸臺和外圓的齒不在同一個平面上,且有幾個臺階落差,在拍圖的時候總是無法將凸臺特征和齒的特征同時聚焦清晰。

            雙遠心鏡頭+500萬CCD

            2.7 3D曲面輪廓測量

            橡膠密封圈內外徑尺寸測量

            此類型的工件樣品本身的截面是圓形,曲面結構,存在一定的厚度,且零件本身是中空結構,需要檢測的部位都在視場邊緣處。

            35mm定焦鏡頭+500萬CCD

            畸變問題:一般的成像系統都會有3%或以上的畸變,尤其在視場的邊緣區域,圖像會不同程度的拉伸變形,這種畸變會造成圖像邊緣輪廓失真,影響輪廓測量精度,且由于畸變無規則,后期軟件校正難度大。

            景深問題:密封圈本身的橫截面是圓形,本身要讓整個產品實現清晰對焦是非常困難的,鏡頭景深小,無論怎么調整圖像都是發虛的。

            雙遠心500萬CCD

            上圖可以看出,鏡頭的整體都控制在0.1%范圍內,所有的鏡頭都會在出廠前做畸變測試和矯正,保證即使特征點在視場的邊緣也能保證圖像的變形率控制在很小的范圍內。

            雙遠心鏡頭采用特殊光圈原理設計,在保證F#一定的情況下通常景深可以增大一倍以上(相比常規的成像鏡頭), 大大增加了視場內清晰聚焦的縱深范圍,這樣就保證了很輕松的可以將密封圈邊界聚焦清晰。

            通過以上的這些案例我們大致能了解一些遠心鏡頭在實際應用中能解決哪些成像問題。

                 【東正光學遠心鏡頭優勢

                  深圳市東正光學技術有限公司是一家主要針對機器視覺自動化領域、攝影、電影等行業定向的自主研發和生產的科技型企業,客戶分布全球各地。

                  東正光學超低畸變系列遠心鏡頭實測畸變率可達0.02%或更低。能更好的滿足機器視覺測量客戶對鏡頭的要求,并且具有較高的分辨率。 我們不但可以提供支持2/3英寸及1英寸的遠心鏡頭產品,也可提供例如8K、12K、16K線掃描遠心的產品;能更好的服務于高端客戶群體。

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