《工业镜头的选择.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业镜头的选择.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、工业镜头的选择机器视觉为工业控制系统增加了新的维度，它可以提供装配线上零件的尺寸、位置和方向。而适宜的镜头选择对于机器视觉能否发挥应有的作用是非常重要的。在绝大多数机器视觉应用里，光学控制都是非常重要的。机器人视觉系统同样要求极高的可重复性，因此减少抖动提供明晰图像是必要的。尽管照相机、分析软件和照明对于机器视觉系统都是特别重要的，可能最关键的元件还是成像镜头。系统假设想完全发挥其功能，镜头必需要可以知足要求才行。当为控制系统选择镜头的时候，机器视觉集成商应该考虑四个主要因素：可以检测物体种别和特性；景深或焦距；加载和检测间隔；运行环境。分析这四个因素，可以针对详细应用确定适宜的镜头选择。一、
2、物体特性在为机器视觉系统选择镜头之前，系统集成商必须确定物体和分析环境。这个可视区域叫做无遮挡视场FOV，它可以使用竖直和程度两个角度进展测量。通常，竖直方向和程度方向尺寸的比例是4：3，这个比例取决于照相机传感器工作区域的尺寸。传感器的大小对于确定无遮挡视场所需要的主要放大率PMAG是非常重要的。PMAG是由传感器尺寸与FOV相比得到，是镜头的工作成效。当确定镜头是否适宜的时候，这一点需要考虑。镜头放大率对于不同尺寸芯片照相机匹配镜头相当重要，然而，不要把镜头放大率和显微镜放大率搞混了，后者是由光管长度和实际物镜焦距决定的。而镜头放大率主要考虑的是照相机传感器的尺寸。系统放大率SMAG是监视
3、器尺寸与传感器尺寸的比例与PMAG的乘积结果。它是从物体到监视器图像的总体放大率，也就是整个系统的“工作结果。考虑物体的屏幕尺寸时，系统放大率是有用的。物体的特性也很重要。镜头对于物体特征的解析才能依靠于特征的比照是否强烈。确定系统解析度、或物体最小更解析特征的方法，可以使用诸如伦奇刻线法这样的解像力方法。这些刻线法以线耦等宽度的一条黑线和一条白线来决定特征。其他的解像力方法还可以用圆圈和点状网格。镜头在指定光线条件下辨识特定宽度的线耦或点距的才能，决定了它的解析度。解析度通常被模块转换功能MTF以图像的方式显示出来。图形显示了指定线耦频率下可行的相对比照度。扭曲、色差和其他波前畸变都会影响曲
4、线的斜率，使曲线偏离理想状态或衍射极限的光学表现。镜头方案有时候会以每毫米线耦数目lp/mm为单位列出物体解析度，再将这个值除以1000就可以预测出镜头每微米的物体解析度。在进展外表剖析的时候，通常不只使用一台照相机和镜头，而理解镜头的内在偏向aberration量也是有价值的。偏向是指镜头里的光学误差，可以引起同一张图片里不同点的图像质量差异。剖析通常包括激光线和其他图像里的光线，这样可以确保测量的准确性。一些软件程序可以消除诸如镜头引起的扭曲之类的误差，所以在最终图像里只有剖析数据是明显的。大型格式和区域扫描照相机镜头是控制应用优秀的解决方案，由于它具有高解析度、低扭曲和有限色差。大范围F
5、OV和兼容性，以及大型格式传感器，使这些镜头在Web、LCD、食品和饮料行业的应用具有很高的价值。二、间隔约束自动化机器视觉系统和装配线所需的空间差异很大，可以只有几米，也可能需要一整座厂房。所谓的工作间隔，是指当图像在焦距范围内的时候，物体和照相机镜头前端的间隔。它限制了视觉系统以及和视觉系统一起工作的设备所需要的空间。有一些应用，比方通过真空炉端口观察，工作间隔非常灵敏，近焦镜头和长工作间隔视频显微镜头都可以使用。其他的应用，比方强电微观检测，工作间隔就只有几个英寸。在极限范围内，通过镜头重新对焦，可以改变工作间隔。无限共轭镜头的对焦间隔可以从最小工作间隔一直到无限远，有限共轭镜头那么有一
6、个特定工作间隔范围。存放和加载限制，包括用于艰辛环境的保护外壳，必须具有足够的柔性，可以根据工作间隔进展调整。比方在很多安装场合，感兴趣的产品区域和产品线可能在检测经过中发生变化，这就要求视觉系统和视觉元件可以根据假设干种传感条件进展调整。很多照相机镜头需要平稳加载，但是当物体空间物体和镜头之间的间隔受到限制，改变像空间imagespace，镜头与图像之间的间隔，就可以改变工作间隔。像空间可以使用两种方式进展改变：通过缩放功能或隔离。缩放镜头可以调整照相机系统的视场，而不需要改变工作间隔。一些缩放系统的元件可以定制组成特殊型号的系统。度量衡和显微应用需要以微米为单位进展放大，这些镜头系统可以同
7、显微镜下的物体对应。缩放镜头保持着高解析度，但是本钱高昂。另外一种方案，镜头隔离器特别经济，并且可以缩短工作间隔、减小镜头的可视范围。然而不幸的是，这会带来扭曲同时降低解析度。因此，除非空间调整是在5mm之内或镜头的设计就带有隔离器，否那么隔离器不是一个推荐的方案。三、景深光学系统的性能取决于允许的图像模糊程度，模糊可能源于物体平面或图像平面的位置漂移。景深是指由探测器挪动引起的可以承受的模糊范围，它依靠于工作F数F/#，可以用来衡量镜头的聚光才能。F/#在镜头孔径减小时增加。减小镜头孔径，就意味着增加F/#，也就是增加系统景深，但是却减少了传感器的进光量，所以要进步照明等级进展补偿。列出景深
8、的镜头方案也应该给出相应的F/#值，假如这个值可以测量的话。景深效果DOF是指由于物体挪动导致的模糊。DOF是完全在焦距范围内最大的物体深度，它也是保持理想对焦状态下物体允许的挪动量从最正确焦距前后挪动。当物体的放置位置比工作间隔近或远的时候，它就位于焦外了，这样解析度和比照度都会受到不好的影响。出于这个原因，DOF同指定的解析度和比照度相配合。当景深一定的情况下，DOF可以通过缩小镜头孔径也就是增加F/#值来变大，同时也需要光线增强。镜头的DOF范围取决于有效焦距、可承受的模糊直径。有一些镜头被设计成超焦或可超焦的，这就意味着焦内的远点可以拓展到无限远。这种技术通常应用在定焦镜头上，景深效果
9、很深，但是却可以通过虹膜的帮助进展调整。不要把远心镜头和大景深镜头弄混了。远心镜头可以使机器视觉系统控制放大率、消除潜伏误差，所以同尺寸的物体在照片上高度都是一致的，无论它间隔照相机有多远。这种镜头一个实际应用的例子是分析计算机电路板。远心镜头通常有一个工作间隔范围，在每一个工作间隔点形成有限的景深。集成商在为一个工程选择远心镜头的时候，既需要考虑工作间隔范围，还需要考虑景深效果。在很多情况下，比方讲管道检测，可以使用变焦镜头获得较大的景深。变焦镜头和缩放镜头很类似，应用在需要经常变换焦距的场合。这些镜头经常是马达驱动的，可以保证在对焦平面上平滑挪动。使用这样的镜头，整个管道、每一个环节都可以
10、扫描到，通过调整焦距来发现每个缺陷。然而，同缩放镜头不通，变焦镜头的工作间隔也可以变化，可以根据需要进展重新定位。USAF目的法展示了不同的宽度的伦奇刻线，可以衡量镜头的性能。四、环境的重要性机器视觉系统的环境因素包括物体反射系数、光线、温度、振动和污染物。物体的反射会导致高光，还可能使特征模糊。镜头外壳和遮光罩中的障板可以降低光散引起的高光现象。障板为不透明的圆片，为镜头的中心孔径十分设计，可以限制到达传感器的光线。极化或散射光源同样也可以防止物体反射出现的热门。光，尤其是单色光，可以使物体的比照度进步，使镜头图像的质量最大化。在使用黑白照相机的时候，比照度是非常重要的，可以通过加减经过产生
11、。在加法经过中，单色光源和照相机镜头滤镜同分析物体所在的媒介颜色相匹配，物体四周的区域可以反射并且传输光线，所以显得比物体更加亮堂。这项技术在凝胶和彩色液体用作背光式触摸屏或微粒检测的应用很有价值。相反，在减法系统中，滤镜屏蔽了物体周边的反射光，这使得物体看起来比周边亮堂。像药丸检测这样的应用，物体的颜色可能是它仅有的特征，这时候就要使用滤镜。高温环境下，可能由于镜头里光学元件的热膨胀出现问题。并不是所有的镜头都可以适应温度变化，在检测热物体时，最好使用工作间隔比拟长的镜头。另外一个要考虑的因素是振动。通常需要将镜头装载到和照相机隔离的平台和桌面上，来减少振动。重型的照相机镜头总是带有卡具，假
12、如镜头不能直接装在案板或类似的隔离桌面上，那么就把装载镜头的物体放在独立平台上吧。固定在独立平台上的机械手就经常用来装载照相机和镜头。独立平台可以减少振动工业环境下的污染物会腐蚀镜头外表。极端环境光学HEO产品进展了专门设计，即便是长期暴露在严酷环境下，也可以提供高质量的图像。由于它的光学元件是严格密封的，HEO产品可以在水下使用，可以抗腐蚀、防尘，并且不受机械影响。照相机镜头对于机器视觉系统有着深远的影响。为了实际应用选择适宜的镜头，机器视觉集成商必须对物体的尺寸、特征和反射率都要进展分析。他/她还必需要估计工作间隔范围以及物体厚度所需要的景深。当改变物体和图像间隔的时候，集成商可以使用更加灵敏的系统，也可以降低性能。所有的环境都是在不断变化的，还要符合一定的要求，所以选择一款适宜的镜头非常重要。0