Parmi les nombreux facteurs affectant le système optique d'une machine de mesure vidéo, la distorsion de l'objectif et la variation de la distance de travail sont deux éléments souvent négligés, mais qui ont un impact considérable sur la précision des mesures. Cet article analyse leurs mécanismes et les méthodes de contrôle associées.
1. Distorsion des objectifs zoom en fonction du grossissement
La distorsion optique est l'écart entre les positions réelles et idéales des points d'image lors de la formation de l'image par l'objectif, apparaissant comme une inadéquation entre le grossissement en bordure et au centre : la distorsion en coussinet augmente les dimensions en bordure, tandis que la distorsion en barillet les diminue.
La distorsion d'un objectif zoom variant selon le grossissement, un étalonnage doit être effectué séparément pour chaque grossissement : des images d'une grille standard ou d'une pièce de taille standard sont capturées, la distorsion est calculée sur chaque zone et une matrice de compensation est générée pour être appliquée automatiquement par le logiciel de mesure. Si l'étalonnage est réalisé à faible grossissement et que l'opérateur passe ensuite à un grossissement élevé, la matrice n'est plus applicable car les courbes de distorsion diffèrent, ce qui introduit une erreur systématique. Après tout changement de grossissement, il est impératif de vérifier que le logiciel a bien chargé les paramètres de compensation pour le grossissement actif.
2. L'effet de la distance de travail sur le grossissement
La distance de travail correspond à la distance entre l'avant de l'objectif et la surface de la pièce à usiner. Pour les objectifs non télécentriques classiques, une modification de la distance de travail induit une modification du grossissement : plus l'objectif est proche, plus le grossissement est important.
Lors de la mesure de pièces présentant des différences de hauteur (surfaces étagées ou cavités profondes), l'axe Z doit être déplacé pour effectuer la mise au point sur les éléments situés à différentes hauteurs, et chaque déplacement modifie la distance de travail. Sans compensation logicielle, les éléments de différentes hauteurs présentent des erreurs d'échelle : les éléments plus hauts (lentille plus proche) sont mesurés plus grands, les éléments plus bas (lentille plus éloignée) sont mesurés plus petits. Les pièces planes sont peu affectées, car tous leurs éléments ont la même hauteur ; pour les éléments tridimensionnels ou les mesures à hauteurs multiples, l'effet est significatif.
3. La solution pour lentilles télécentriques
Les objectifs télécentriques utilisent une conception optique spéciale qui maintient les rayons principaux parallèles, éliminant ainsi l'influence des variations de distance de travail sur le grossissement : même lorsque la hauteur de la pièce change, un détail donné conserve la même taille dans l'image, corrigeant la dérive de grossissement à sa source. Les objectifs bi-télécentriques maintiennent les rayons principaux parallèles dans l'espace objet et dans l'espace image, offrant un grossissement plus uniforme et une distorsion réduite sur l'ensemble du champ de vision.
Prenons l'exemple des systèmes de mesure vidéo JATEN : les modèles JTDIM-200 et JTDIM3020 adoptent tous deux une structure optique télécentrique, comme indiqué dans la documentation produit officielle. Le JTDIM3020 est équipé de lentilles bi-télécentriques à très faible distorsion, sans déformation d'image visible lors des transitions de hauteur et aux extrémités ; il intègre également deux capteurs CCD de 20 mégapixels, assurant ainsi une mesure de haute précision des contours et des surfaces.
4. Limites d'application des lentilles télécentriques
La principale limitation des objectifs télécentriques réside dans leur champ de vision réduit : le diamètre du champ est limité par l’ouverture effective du groupe de lentilles frontales, et la mesure de détails plus grands nécessite un objectif plus volumineux et donc nettement plus coûteux. Les objectifs télécentriques sont par conséquent plus adaptés aux détails de petite et moyenne taille ; pour les détails plats de grande taille, un zoom classique avec correction de la distorsion par grossissement est suffisant.
5. Recommandations d'utilisation
L’utilisation correcte du système optique comprend : la réalisation d’un étalonnage de la distorsion séparément à chaque grossissement et l’utilisation des données appropriées ; la prise en compte des effets de la distance de travail lors de la mesure de caractéristiques tridimensionnelles ; la sélection du type de lentille en fonction de la taille des caractéristiques et des exigences de précision ; et la vérification régulière de la propreté et de l’état de montage de la lentille afin d’éviter les erreurs dues à une lentille desserrée ou contaminée.
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