고정밀 자동 검사에는 절대적인 정확성이 요구됩니다. 표준 엔토센트릭 광학은 본질적으로 원근 왜곡으로 인해 어려움을 겪습니다. 엔지니어들은 일반적으로 이 결함을 시차 오류라고 부릅니다. 이러한 광학적 제한으로 인해 가까운 물체가 멀리 있는 물체보다 더 크게 보입니다. 결과적으로 중요한 치수 측정은 검사 평면 전반에 걸쳐 매우 불안정해집니다.
이러한 근본적인 결함을 해결하기 위해 엔지니어는 물체와 렌즈 사이의 거리에 관계없이 일정한 배율을 유지하도록 설계된 광학 시스템에 의존합니다. 이러한 특수 광학 장치는 엄격한 자동화 환경에서 측정 오류를 제거합니다. 이를 통해 소프트웨어는 깊이로 인한 스케일링 변화를 보상하지 않고 치수를 정확하게 분석할 수 있습니다.
우리는 이러한 광학 장치가 산업 환경에서 어떻게 작동하는지 정확하게 탐구할 것입니다. 당신은 언제 결정하기 위한 구체적인 평가 프레임워크를 얻게 될 것입니다. 이 구경의 머신 비전 렌즈가 엄격히 요구됩니다. 마지막으로, 투자의 정당성을 입증하고 성공적인 배포에 필요한 주요 사양을 선택하는 데 대한 지침을 제공합니다.
제로 시차(Zero Parallax): 텔레센트릭 렌즈는 원근 오류를 제거하여 시야(FOV) 내 깊이에 관계없이 물체가 정확히 동일한 크기로 나타나도록 합니다.
주요 사용 사례: 서브미크론 계측, 치수 공차 확인, 복잡한 3D 프로파일(예: 나사산 또는 깊은 원통) 검사에 필수적입니다.
물리적 제약: 표준 광학과 달리 텔레센트릭 렌즈는 검사하는 물체보다 물리적으로 더 커야 하므로 자동화된 셀에서 신중한 공간 계획이 필요합니다.
최적의 페어링: 가장자리 대비를 최대화하려면 텔레센트릭 렌즈를 거의 항상 시준된 텔레센트릭 백라이트와 페어링해야 합니다.
정확하게 측정할 수 없는 것은 관리할 수 없습니다. 표준 렌즈는 확장 각도에서 물체를 봅니다. 이는 고유의 시차를 생성합니다. 두 개의 동일한 구성 요소를 표준 렌즈와 약간 다른 거리에 배치하면 가까운 구성 요소가 눈에 띄게 더 크게 보입니다. 엄격한 품질 관리 환경에서 이러한 관점 오류는 재앙적인 것으로 판명됩니다. 비전 시스템은 픽셀 수를 분석하여 합격 또는 불합격 기준을 결정합니다. 단순히 부품이 센서에 더 가까이 이동했기 때문에 더 크게 나타나는 경우 소프트웨어는 잘못된 오류를 등록합니다.
그런 다음 완벽하게 좋은 부품을 거부합니다. 이러한 잘못된 거부는 생산 수율에 심각한 영향을 미칩니다. 수동 재검사를 강제하고 처리량을 느리게 만듭니다. 표준 광학은 또한 깊은 공동을 검사할 때 엄청난 어려움을 겪습니다. 표준 각도 시야는 필연적으로 원통형 부품의 내부 벽을 포착합니다. 이로 인해 검사해야 하는 실제 하단 기능이 모호해집니다. 엔지니어들은 이 현상을 가장자리 롤오프 또는 그림자 현상이라고 부릅니다. 가장자리의 실제 프로필이 손실됩니다.
투자 수익(ROI)을 평가하려면 초기 하드웨어 구매 그 이상을 살펴봐야 합니다. 이러한 특수 광학 구성 요소는 초기 비용이 훨씬 더 많이 듭니다. 그러나 이를 거짓 거부의 즉각적인 감소와 비교하여 평가해야 합니다. 또한 소프트웨어를 많이 사용하는 교정 해결 방법이 많이 필요하지 않습니다. 팀에서는 원근 교정을 프로그래밍하는 데 몇 주가 소요되는 경우가 많습니다. 전용 광학 솔루션은 하드웨어 수준에서 문제를 해결합니다. 이를 통해 매일 엄격한 공차의 제조 규정 준수가 보장됩니다.
특정 산업 환경에서는 시각적 모호성이 발생할 여지가 전혀 없습니다. Telecentric Lens가 선택적 업그레이드에서 필수 요구 사항으로 전환됩니다. 다음 시나리오에서는
정밀 계측 및 측정: 가공 부품, 기어 및 패스너의 자동 측정은 절대 가장자리 감지에 의존합니다. 마이크로미터가 중요한 경우 시야각으로 인해 발생하는 픽셀 흐림을 감당할 수 없습니다. 광학 장치는 금속 나사산이나 기어 톱니의 정확한 외부 경계를 정의하기 위해 평행한 광선을 포착해야 합니다.
반도체 및 전자제품 검사: 현대 마이크로 전자공학은 부품을 단단히 포장합니다. IC 핀 정렬, PCB 부품 배치 및 섬세한 와이어 본딩을 확인해야 합니다. 원근 왜곡은 실제 핀 위치를 숨깁니다. 각도를 보면 완벽하게 직선인 핀이 구부러진 것처럼 보일 수 있습니다. 진정한 병렬 광학은 이러한 중대한 오류를 방지합니다.
두꺼운 또는 다층 물체 검사: 점화 플러그나 계단식 샤프트를 고려하십시오. 맨 위와 맨 아래의 특징을 동시에 측정해야 하는 경우가 많습니다. 표준 광학 장치는 하단보다 상단 부분을 더 확대합니다. 특수 평행 광학 장치는 높이가 다양한 물체를 스캔하는 동시에 모든 평면을 동일한 배율로 렌더링합니다.
투명 부품 및 약병: 유리 주사기, 의료용 약병 및 투명 폴리머를 검사하는 것은 독특한 과제를 안겨줍니다. 표준 렌즈의 광학 왜곡은 심각한 굴절 오류를 유발합니다. 빛은 곡면 유리를 비스듬히 비추면 예측할 수 없을 정도로 휘어집니다. 유리를 완벽하게 수직으로 보면 이러한 혼란스러운 반사와 왜곡이 제거됩니다.
모든 디자인이 동일하게 만들어지는 것은 아닙니다. 제조업체는 이러한 광학 장치를 빛의 경로를 교정하는 위치에 따라 세 가지 별개의 아키텍처 범주로 나눕니다. 이러한 차이점을 이해하면 하드웨어를 특정 검사 범위에 맞추는 데 도움이 됩니다.
아키텍처 유형 |
주요 기능 |
가장 적합한 대상 |
|---|---|---|
객체 공간 |
렌즈의 물체측 시차를 엄격하게 제거합니다. |
표준 치수 검사, 2D 프로파일 측정 및 일반 산업 계측. |
이미지 공간 |
빛이 카메라 센서에 완벽하게 수직으로 닿도록 하여 픽셀 혼선을 방지합니다. |
정확한 방사 측정 균일성을 요구하는 고해상도 센서 및 색상 중심 검사. |
바이 텔레센트릭 |
객체 및 이미지 공간 수정을 하나의 연속 시스템으로 결합합니다. |
머신 비전의 궁극적인 표준입니다. 최대 피사계 심도와 최저 왜곡을 제공합니다. |
이 디자인은 검사 대상 물체에서 나오는 평행 광선만 받아들입니다. 공장 현장의 원근 오류를 효과적으로 제거합니다. 부품이 유리에 약간 더 가까이 이동하면 인식되는 크기는 완전히 고정된 상태로 유지됩니다. 대부분의 표준 측정 응용 분야는 물체 공간 설계에 성공적으로 의존합니다.
이 디자인은 카메라 측의 빛 경로를 수정합니다. 센서를 비스듬히 비추는 대신 빛이 모든 개별 픽셀을 수직으로 비추게 됩니다. 이는 광자가 인접한 픽셀로 번지는 광학적 혼선을 방지합니다. 색상이 중요한 정렬 및 방사성 분석에 이 기능을 많이 사용합니다.
이는 광학 공학의 정점을 나타냅니다. 이는 객체와 이미지 공간 수정을 모두 결합합니다. Bi-telecentric 디자인은 현재 사용 가능한 최저 잔류 왜곡을 제공합니다. 또한 사용 가능한 피사계 심도를 최대화하고 전체 센서 베드에 걸쳐 완전히 균일한 조명을 보장합니다.
올바른 광학 하드웨어를 선택하려면 엄격한 수학적 정렬이 필요합니다. 매개변수는 추측할 수 없습니다. 실제 검사 환경을 기준으로 계산해야 합니다.
1:1의 절대적인 법칙을 이해하셔야 합니다. 평행 광선을 포착하려면 전면 광학 요소가 시야각의 크기를 초과해야 합니다. 폭이 150mm인 엔진 블록을 검사해야 하는 경우 전면 유리 요소는 150mm보다 커야 합니다. 이는 막대한 물리적 공간을 필요로 합니다. 자동화된 로봇 셀 내부에 상당한 공간을 계획하도록 시스템 통합자를 안내해야 합니다.
표준 가변 줌 시스템과 달리 이러한 광학 장치는 완전히 고정된 배율을 특징으로 합니다. 확대하기 위해 배럴을 비틀 수는 없습니다. 구매 주문을 시작하기 전에 정확한 센서 대 물체 비율을 계산해야 합니다. 센서의 너비가 10mm이고 물체의 너비가 50mm인 경우 정확히 0.2X 배율 등급이 필요합니다. 여기서 실수가 발생하려면 완전히 새로운 하드웨어를 구입해야 합니다.
작동 거리는 전면 유리와 검사 중인 부품 사이의 물리적 간격을 정의합니다. 로봇 팔, 컨베이어 벨트 및 필요한 조명 패널을 수용할 수 있는 거리를 선택해야 합니다. 동시에 피사계 심도를 평가합니다. DoF는 완벽하게 선명한 초점을 유지하면서 부품이 가질 수 있는 수직 변화의 정도를 나타냅니다. DoF가 깊을수록 움직이는 벨트에서 약간 튀는 부품에 대한 허용 오차가 더 커집니다.
일치하지 않는 센서는 광학 성능을 파괴합니다. 렌즈의 이미지 서클을 높은 메가픽셀 센서 형식과 일치시켜야 합니다. 1/2인치 센서용으로 설계된 광학 장치 뒤에 1인치 형식 센서를 사용하면 심각한 비네팅이 발생합니다. 이미지의 모서리가 완전히 검게 변합니다. 또한 장착 하드웨어를 표준화하십시오. 더 작은 형식은 표준 C-마운트 스레드를 쉽게 활용합니다. 그러나 대규모 최신 센서는 기계적 페이로드를 안전하게 처리하기 위해 무거운 F-마운트 또는 M42 표준 스레드가 필요합니다.
특수 측정 광학 장치를 배포하려면 뚜렷한 기계적, 환경적 문제가 수반됩니다. 많은 팀이 이러한 장비를 표준 감시 카메라처럼 취급하기 때문에 구현 중에 실패합니다.
심각한 체력에 대비해야 합니다. 전면 요소가 거대하기 때문에 일반적으로 Telecentric Lens 설정의 무게는 수 킬로그램에 달할 수 있습니다. 표준 카메라 장착 플레이트는 이러한 부담으로 인해 휘어집니다. 스탬핑 프레스나 컨베이어 모터의 기계적 진동으로 인해 어셈블리가 흔들립니다. 이 미세 진동은 서브미크론 측정 정확도를 파괴합니다. 카메라 본체와 무거운 광학 배럴을 동시에 지지하는 견고하고 견고한 장착 브래킷을 활용해야 합니다.
광학 측정 시스템은 조명만큼 정확합니다. 표준 확산 실내 조명은 병렬 광학 성능을 적극적으로 저하시킵니다. 확산광은 임의의 각도로 산란됩니다. 정확한 측정을 위해서는 극도의 가장자리 대비가 필요합니다. 시준된 백라이트는 여기서 절대적인 업계 표준으로 남아 있습니다. 시준된 조명은 엄격하게 평행한 광선을 방출합니다. 평행 조명과 평행 수신 광학 장치를 결합하면 물체가 면도칼처럼 선명한 실루엣을 만듭니다. 이를 통해 소프트웨어 알고리즘은 절대적으로 확실하게 가장자리를 찾을 수 있습니다.
계측을 위해 공장 주변 조명에 의존하지 마십시오.
시준된 백라이트의 직경을 전면 광학 요소의 직경과 일치시키십시오.
단색 조명(예: 빨간색 또는 파란색 LED)을 사용하면 유리의 색수차를 더욱 줄일 수 있습니다.
업계 통념에 따르면 이러한 시스템에는 교정이 필요하지 않습니다. 이것은 위험할 정도로 거짓이다. 원근 오류를 제거하는 동시에 접지 유리 제조에 내재된 약간의 잔류 왜곡이 여전히 포함되어 있습니다. 이러한 잔류 왜곡은 일반적으로 0.1% 미만입니다. 매우 낮은 수준이지만 하위 픽셀 계측은 여전히 완벽함을 요구합니다. 매우 정확한 그리드 타겟을 사용하여 기본 소프트웨어 교정을 수행해야 합니다. 이 소프트웨어 단계는 최종 0.1% 분산을 매핑하여 정확도를 절대적인 물리적 한계까지 끌어올립니다.
이러한 광학 시스템은 범용 이미징 장치가 아닙니다. 이는 타협할 수 없는 정확성을 위해 설계된 특수 목적의 측정 장비 역할을 합니다. 원근 오류를 제거하고 다양한 깊이에서 반복 가능한 치수를 보장합니다.
성공하려면 엄격한 물리적 제약을 받아들여야 합니다. 1:1 전면 요소 규칙에 따른 공간 요구 사항을 확인하세요. 무거운 기계적 장착을 준비하고 일치하는 평행 조명에 많은 투자를 하십시오.
다음 단계는 하드웨어 카탈로그 외부에서 시작되어야 합니다. 가장 큰 제조 부품을 기반으로 최대 시야 계산을 마무리하는 것부터 시작하십시오. 다음으로 조명 타당성 조사를 수행하여 시준된 백라이트를 기계 프레임에 장착할 수 있는지 확인합니다. 이러한 물리적 경계를 정의한 후에만 광학 공급업체에 평가 장치를 요청해야 합니다.
A: 평행 광선을 캡처하려면 전면 광학 요소가 검사되는 최대 시야(FOV)만큼 커야 하기 때문입니다.
A: 예, 물체가 지정된 피사계 심도 내에 유지된다면 작동 거리가 변경되더라도 배율은 일정하게 유지됩니다.
A: 매크로 렌즈는 높은 배율을 제공하지만 여전히 원근 왜곡(시차)이 발생합니다. Telecentric 렌즈는 원근 오류가 없는 고정 배율을 제공합니다.
