เหตุใดความบิดเบี้ยวของเลนส์จึงมีความสำคัญในการวัดวิชันซิสเต็ม

บทนำ: ข้อผิดพลาดทางเรขาคณิตเล็กๆ น้อยๆ อาจกลายเป็นปัญหาการตรวจสอบขนาดใหญ่ได้

ในวิชันซิสเต็ม เลนส์สามารถสร้างภาพที่คมชัดและยังคงเป็นเลนส์ที่ไม่เหมาะกับงาน

นั่นอาจฟังดูขัดกับสัญชาตญาณ หากกล้องตรวจสอบสามารถมองเห็นส่วนประกอบ รู หรือขอบได้อย่างชัดเจน ระบบควรจะสามารถวัดได้อย่างแม่นยำไม่ใช่หรือ? ไม่จำเป็น. ความคมชัดของภาพและความแม่นยำทางเรขาคณิตเป็นคุณสมบัติที่แตกต่างกัน เลนส์สามารถแก้ไขรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ขณะจับคู่เส้นตรงเป็นเส้นโค้งหรือเปลี่ยนขนาดภาพจากกึ่งกลางไปยังขอบ

สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การตรวจสอบขนาด การวางตำแหน่ง การจัดตำแหน่ง และการตรวจจับข้อบกพร่อง ความแตกต่างนี้มีความสำคัญ ข้อผิดพลาดทางเรขาคณิตเล็กๆ อาจส่งผลต่อการตัดสินใจผ่าน/ไม่ผ่าน เลื่อนจุดเลือกของหุ่นยนต์ หรือสร้างการวัดที่ไม่สอดคล้องกันในสายการผลิต

บทความนี้จะอธิบายว่าความบิดเบี้ยวของเลนส์มีความหมายอย่างไรในทางปฏิบัติ ในกรณีที่สำคัญที่สุด การสอบเทียบช่วยได้อย่างไร และสิ่งที่วิศวกรควรปรึกษากับซัพพลายเออร์เลนส์ก่อนที่จะตัดสินใจออกแบบ

การบิดเบือนของเลนส์คืออะไร?

ความบิดเบี้ยวของเลนส์คือความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตที่เปลี่ยนแปลงจุดที่จุดต่างๆ ในฉากปรากฏในภาพ โดยทั่วไปจะอธิบายว่าเป็นการบิดเบี้ยวแบบบาร์เรล การบิดเบี้ยวของหมอนอิง หรือการรวมกันที่ซับซ้อนกว่าของทั้งสอง

ด้วยความบิดเบี้ยวแบบบาร์เรล การขยายภาพมีแนวโน้มลดลงไปทางขอบ ดังนั้นเส้นตรงจึงอาจโค้งงอออกไปด้านนอก หากหมอนอิงบิดเบี้ยว เส้นอาจโค้งงอเข้าด้านใน ระบบมุมกว้างยังสามารถแสดงรูปแบบการบิดเบือนที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งไม่สามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอด้วยค่าสัมประสิทธิ์ง่ายๆ เพียงค่าเดียว

ความบิดเบี้ยวไม่ได้หมายความว่าภาพไม่อยู่ในโฟกัสเสมอไป ขอบที่มีคอนทราสต์สูงอาจยังคงคมชัดแต่ปรากฏอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างจากที่คาดไว้เล็กน้อย สำหรับการเฝ้าสังเกตด้วยสายตานั่นอาจเป็นที่ยอมรับได้ สำหรับการวัดนั้นอาจเป็นสาเหตุของข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบได้

ความแตกต่างที่เป็นประโยชน์คือ:

ความละเอียดจะอธิบายว่าระบบภาพสามารถแยกแยะรายละเอียดได้มากเพียงใด

ความบิดเบี้ยวอธิบายว่าระบบรักษารูปทรงของฉากได้อย่างแม่นยำเพียงใด

ความสามารถในการทำซ้ำจะอธิบายว่าระบบให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอภายใต้เงื่อนไขเดียวกันหรือไม่

ระบบวิชันซิสเต็มที่ประสบความสำเร็จอาจต้องใช้ทั้งสามอย่าง แต่ลำดับความสำคัญขึ้นอยู่กับงาน

การบิดเบือนจะกลายเป็นปัญหาเมื่อใด?

การวัดขนาด

หากซอฟต์แวร์แปลงพิกเซลเป็นมิลลิเมตรโดยใช้ตัวคูณมาตราส่วนอย่างง่าย จะถือว่ามาตราส่วนภาพมีความสม่ำเสมอเพียงพอทั่วทั้งพื้นที่การวัด การบิดเบือนสามารถละเมิดสมมติฐานดังกล่าวได้ มิติที่วัดใกล้ศูนย์กลางอาจไม่แมปกับขนาดทางกายภาพเดียวกันกับมิติที่เหมือนกันใกล้มุม

การแนะนำและการวางตำแหน่งของหุ่นยนต์

เมื่อกล้องนำทางหุ่นยนต์ พิกัดภาพจะถูกแปลงเป็นพิกัดที่ใช้โดยหุ่นยนต์หรือระบบสายพานลำเลียง หากเลนส์เกิดข้อผิดพลาดทางเรขาคณิตที่ไม่ได้รับการแก้ไข ตำแหน่งโดยประมาณอาจเปลี่ยนไป การกระแทกขึ้นอยู่กับมุมกล้อง ระยะการทำงาน วิธีการสอบเทียบ และพิกัดความเผื่อของตำแหน่งที่ต้องการ

การตรวจสอบ PCB ส่วนประกอบ และเว็บ

ระบบการตรวจสอบมักจะเปรียบเทียบตำแหน่งหรือรูปร่างของคุณลักษณะกับข้อมูลอ้างอิง การบิดเบี้ยวอาจทำให้ส่วนที่เป็นเส้นตรงปรากฏเป็นโค้งหรือทำให้ตำแหน่งของขอบเคลื่อนไป ซึ่งอาจทำให้การเปรียบเทียบทั่วทั้งสนามมีความซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพื้นที่การตรวจสอบครอบครองเซนเซอร์ส่วนใหญ่

การตรวจสอบสนามกว้าง

ไม่ใช่ทุกแอปพลิเคชันที่ต้องการความผิดเพี้ยนต่ำ ในระบบเฝ้าระวังหรือการรับรู้สถานการณ์บางระบบ ความครอบคลุมอาจมีความสำคัญมากกว่าการรักษาเส้นตรง อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานการวัดหรือการทำแผนที่ ความแม่นยำทางเรขาคณิตอาจเป็นข้อกำหนดสำคัญ เลนส์ที่เหมาะสมคือเลนส์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะกับงาน ไม่ใช่เลนส์ที่มีค่าความผิดเพี้ยนน้อยที่สุด

เลนส์ความบิดเบี้ยวต่ำหรือการแก้ไขซอฟต์แวร์?

ไม่มีคำตอบที่เป็นสากล การออกแบบออปติคอลและการปรับเทียบซอฟต์แวร์สามารถเสริมซึ่งกันและกันได้ แต่จะช่วยแก้ปัญหาด้วยวิธีที่ต่างกัน

เลนส์ที่มีความบิดเบี้ยวต่ำจะช่วยลดความเบี่ยงเบนทางเรขาคณิตก่อนที่ภาพจะไปถึงเซนเซอร์ สิ่งนี้สามารถลดความซับซ้อนในการประมวลผลดาวน์สตรีม และช่วยรักษาการแมปที่สม่ำเสมอทั่วทั้งฟิลด์

การแก้ไขซอฟต์แวร์ใช้แบบจำลองที่ปรับเทียบแล้วเพื่อทำการแมปพิกัดรูปภาพใหม่ จะมีประสิทธิภาพเมื่อการบิดเบือนมีเสถียรภาพและขั้นตอนการสอบเทียบมีความเหมาะสม อย่างไรก็ตาม การแก้ไขอาจสุ่มตัวอย่างพิกเซลใหม่ ครอบตัดพื้นที่ภาพที่ใช้งานได้ และขึ้นอยู่กับโฟกัส ตำแหน่งเลนส์ การวางแนวเซ็นเซอร์ และอุณหภูมิที่ยังคงสม่ำเสมอเพียงพอ

สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะการแก้ไขความบิดเบี้ยวจากการแก้ไขเปอร์สเป็คทีฟ กล้องที่มองวัตถุแบนในมุมหนึ่งจะทำให้เกิดเอฟเฟ็กต์เปอร์สเป็คทีฟ แม้ว่าตัวเลนส์เองจะมีการบิดเบือนเล็กน้อยก็ตาม เวิร์กโฟลว์การสอบเทียบอาจจำเป็นต้องจำลองทั้งสองอย่าง

กระบวนการพัฒนาที่สมเหตุสมผลคือการกำหนดความแม่นยำในการวัดที่ต้องการก่อน จากนั้นจึงประเมินว่าการแก้ไขด้วยแสง การแก้ไขด้วยซอฟต์แวร์ หรือการผสมผสานนั้นเหมาะสมหรือไม่

แล้วเลนส์ Telecentric ล่ะ?

เลนส์เทเลเซนตริกมักได้รับการพิจารณาเมื่อความแม่นยำในการวัดมีความสำคัญมากกว่าขนาดกะทัดรัดหรือครอบคลุมความลึกในวงกว้าง ในการออกแบบเทเลเซนตริกของวัตถุ-อวกาศ รังสีหัวหน้าจะขนานกันโดยประมาณในปริภูมิวัตถุ ซึ่งช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของการขยายที่เกิดจากการแปรผันของระยะห่างของวัตถุเล็กน้อย

ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการวัดชิ้นส่วนแบน ตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลาง หรือตรวจสอบส่วนประกอบที่มีความสูงแตกต่างกันเล็กน้อย แต่เลนส์เทเลเซนตริกไม่ได้เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดโดยอัตโนมัติสำหรับระบบการมองเห็นทุกระบบ อาจมีขนาดใหญ่กว่า มีราคาแพงกว่า และต้องมีระยะการทำงานและขอบเขตการมองเห็นที่เฉพาะเจาะจง

เลนส์ที่มีความบิดเบี้ยวต่ำแบบทั่วไปจะเหมาะสมกว่าเมื่อพื้นที่ ราคา หรือการครอบคลุมสนามมีความสำคัญมากกว่า การตัดสินใจควรเป็นไปตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นจริงและข้อจำกัดทางกล

คำถามหกข้อที่ต้องตอบก่อนเลือกเลนส์

ก่อนที่จะขอใบเสนอราคา วิศวกรและผู้ซื้อควรเตรียมข้อมูลดังต่อไปนี้:

1.ความอดทนในการวัดคืออะไร? 

ระบบที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องรวมมีความต้องการที่แตกต่างกันตั้งแต่การวัดคุณลักษณะไปจนถึงค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดที่จำกัด

2.รูปแบบเซ็นเซอร์และขนาดพิกเซลคืออะไร? 

วงกลมภาพของเลนส์และประสิทธิภาพความละเอียดต้องเหมาะสมกับเซนเซอร์

3.ต้องใช้มุมมองและระยะการทำงานเท่าใด? 

สิ่งเหล่านี้กำหนดรูปทรงของภาพและมีอิทธิพลอย่างมากต่อการเลือกเลนส์

4.ภูมิภาคที่น่าสนใจจะอยู่ที่ไหน? 

บริเวณส่วนกลางขนาดเล็กอาจมีความไวต่อการบิดเบือนน้อยกว่าการวัดที่ครอบคลุมฟูลเฟรม

5.กล้องหรือวัตถุจะเคลื่อนที่หรือไม่? 

การเคลื่อนไหว การสั่นสะเทือน และระยะการทำงานที่เปลี่ยนแปลงอาจส่งผลต่อความเสถียรของการสอบเทียบ

6.ระบบจะมีการสอบเทียบอย่างไร? 

ระบุเป้าหมายการสอบเทียบ ขั้นตอน อุณหภูมิในการทำงาน และเกณฑ์การยอมรับตั้งแต่เนิ่นๆ

ซัพพลายเออร์สามารถแนะนำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อมีรายละเอียดเหล่านี้ “ความผิดเพี้ยนต่ำ” ในตัวมันเองยังไม่ใช่ข้อกำหนดที่สมบูรณ์

วิธีตรวจสอบเลนส์ในระบบจริง

แผ่นข้อมูลเป็นจุดเริ่มต้น ไม่ใช่สิ่งทดแทนการทดสอบแอปพลิเคชัน ใช้ตารางที่ปรับเทียบแล้วหรือเป้าหมายอ้างอิงอื่นๆ ที่เหมาะสมในขอบเขตการมองเห็นที่ต้องการ ตรวจสอบประสิทธิภาพของศูนย์กลางและขอบ ทำการวัดซ้ำหลังจากปรับโฟกัสใหม่หรือติดตั้งใหม่ตามที่เกี่ยวข้อง และตรวจสอบผลลัพธ์ที่ระยะการทำงานจริง

หากการใช้งานทำงานในช่วงอุณหภูมิ ให้ระบุสภาวะความร้อนที่เป็นตัวแทนด้วย หากการแก้ไขซอฟต์แวร์เป็นส่วนหนึ่งของแผน ให้ตรวจสอบห่วงโซ่การประมวลผลภาพเต็มรูปแบบ แทนที่จะตัดสินเฉพาะภาพดิบเพียงอย่างเดียว

นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการกำหนดตัวชี้วัดการยอมรับที่ชัดเจนอีกด้วย นั่นอาจเป็นข้อผิดพลาดตกค้างสูงสุดหลังการสอบเทียบ ความสามารถในการทำซ้ำของขนาดที่วัดได้ หรือข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งที่ตำแหน่งรูปภาพที่ระบุ ตัวชี้วัดที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับกรณีการใช้งาน

ที่ Boshi Optics สามารถช่วยได้

โบชิ ออพติกส์รองรับผลิตภัณฑ์ออพติคัลสำหรับการรักษาความปลอดภัย การถ่ายภาพทางอุตสาหกรรม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ การถ่ายภาพทางการแพทย์ และการใช้งานกล้องอื่นๆ สำหรับโครงการที่ต้องใช้เลนส์คอมแพคหรือการกำหนดค่าออปติคัลเฉพาะแอปพลิเคชัน ลูกค้าสามารถเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบช่วงเลนส์ M12หรือหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดผ่านผลิตภัณฑ์ออพติคอลที่ปรับแต่งเอง

เพื่อการอภิปรายด้านเทคนิคที่เป็นประโยชน์ โปรดระบุรุ่นเซ็นเซอร์ ขนาดเป้าหมาย ขอบเขตการมองเห็น ระยะการทำงาน กรอบกลไกที่มีอยู่ สภาพแวดล้อมในการทำงาน และพิกัดความเผื่อในการวัดที่ต้องการ รายละเอียดเหล่านี้ช่วยพิจารณาว่าเลนส์มาตรฐานมีความเหมาะสมหรือไม่ หรือควรประเมินการออกแบบที่พิเศษกว่านี้หรือไม่

สรุป: ระบุข้อผิดพลาดที่คุณสามารถยอมรับได้

การเลือกเลนส์วิชันซิสเต็มไม่ใช่แค่การค้นหาภาพที่คมชัดเท่านั้น เมื่อระบบวัด จัดแนว หรือนำทางการเคลื่อนไหว ความเที่ยงตรงทางเรขาคณิตอาจมีความสำคัญพอๆ กับความละเอียด

เริ่มต้นด้วยความอดทนของแอปพลิเคชัน ทำความเข้าใจว่าความบิดเบี้ยวมีความสำคัญในขอบเขตการมองเห็นอย่างไร ตัดสินใจว่าประสิทธิภาพด้านออพติคอลและการสอบเทียบจะทำงานร่วมกันอย่างไร จากนั้นตรวจสอบระบบกล้องทั้งหมดภายใต้สภาวะที่สมจริง

คำถามที่มีประโยชน์ที่สุดไม่ใช่แค่ “เลนส์นี้มีความบิดเบี้ยวต่ำหรือไม่” “ระบบสร้างภาพนี้จะสามารถตอบสนองความแม่นยำที่ต้องการ ทำซ้ำได้ ในลักษณะที่จะนำไปใช้จริงได้หรือไม่”