Среди множества факторов, влияющих на оптическую систему видеоизмерительного прибора, искажение объектива и изменение рабочего расстояния являются двумя, которые часто упускаются из виду, но оказывают существенное влияние на точность измерений. В данной статье анализируются механизмы их действия и методы управления.
1. Зависимость искажений зум-объективов от увеличения
Оптическая дисторсия — это отклонение между фактическим и идеальным положением точек изображения во время съемки линзой, проявляющееся в несоответствии между увеличением по краям и в центре: подушкообразная дисторсия увеличивает размеры краев, бочкообразная — уменьшает.
Поскольку искажения зум-объектива меняются в зависимости от увеличения, калибровку необходимо проводить отдельно для каждого увеличения: захватываются изображения стандартной сетчатой пластины или детали стандартного размера, рассчитываются искажения в каждой области, и генерируется матрица компенсации, которая автоматически применяется программным обеспечением для измерений. Если калибровка выполняется при малом увеличении, а затем оператор переключается на большое увеличение, матрица перестает действовать, поскольку кривые искажений различаются, что приводит к систематической ошибке. После переключения увеличения всегда следует убедиться, что программное обеспечение загрузило параметры компенсации для активного увеличения.
2. Влияние рабочего расстояния на увеличение.
Рабочее расстояние — это расстояние от передней части линзы до поверхности заготовки. Для обычных нетелецентрических линз изменение рабочего расстояния изменяет фактическое увеличение: чем ближе линза, тем больше увеличение.
При измерении заготовок с перепадами высоты — ступенчатых поверхностей или глубоких полостей — для фокусировки на элементах разной высоты необходимо перемещать ось Z, при этом каждое перемещение изменяет рабочее расстояние. Без программной компенсации элементы разной высоты демонстрируют ошибки масштабирования: более высокие элементы (при более близком расположении линзы) получаются больше, более низкие элементы (при более дальнем расположении линзы) — меньше. Плоские заготовки практически не подвержены этому влиянию, поскольку все элементы имеют одинаковую высоту; для трехмерных элементов или измерения на нескольких высотах этот эффект нельзя игнорировать.
3. Решение с использованием телецентрической линзы
Телецентрические линзы используют специальную оптическую конструкцию, которая обеспечивает параллельность главных лучей, исключая влияние изменения рабочего расстояния на увеличение: даже при изменении высоты заготовки заданный элемент сохраняет свой размер на изображении, устраняя дрейф увеличения в его источнике. Бителецентрические линзы поддерживают параллельность главных лучей как в объектном, так и в изобразительном пространстве, обеспечивая более равномерное увеличение и меньшие искажения по всему полю зрения.
В качестве примера рассмотрим видеоизмерительные системы JATEN. Как указано в официальной документации, модели JTDIM-200 и JTDIM3020 используют телецентрические оптические структуры. JTDIM3020 оснащена бителецентрическими линзами со сверхнизким уровнем искажений, без видимой деформации изображения на перепадах высот и по краям; она также имеет два 20-мегапиксельных CCD-сенсора, обеспечивающих оптическую основу для высокоточного измерения контуров и поверхностей.
4. Ограничения в применении телецентрических линз
Главным ограничением телецентрических линз является малое поле зрения — диаметр поля ограничен эффективной апертурой передней группы линз, а для измерения более крупных объектов требуется более крупная и значительно более дорогая линза. Поэтому телецентрические линзы лучше всего подходят для мелких и средних прецизионных объектов; для крупных плоских объектов достаточно обычной зум-линзы с калибровкой искажений для каждого увеличения.
5. Рекомендации по использованию
Правильное использование оптической системы включает в себя: выполнение калибровки искажений отдельно для каждого увеличения и использование соответствующих данных; отслеживание влияния рабочего расстояния при измерении трехмерных объектов; выбор типа линзы в соответствии с размером объекта и требованиями к точности; а также регулярную проверку чистоты линзы и состояния крепления во избежание ошибок, вызванных неплотным прилеганием или загрязнением линзы.
Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к...
https://www.jatentech.com/product/video-measuring-machine-jtdim3020
https://www.jatentech.com/product/jtdim-200-video-measuring-system