정밀 머신 비전에서는 카메라 센서와 이미지 처리 소프트웨어가 작은 치수 차이를 해결할 수 있는 경우에도 렌즈가 제한 요소가 될 수 있습니다. 기존 렌즈는 물체가 렌즈에 가까워지거나 멀어짐에 따라 겉보기 배율이 변경됩니다. 이러한 원근 효과는 물리적 치수가 변경되지 않은 경우에도 측정된 구멍 직경, 모서리 위치 또는 기계 구성 요소의 너비가 이미지에서 변경될 수 있음을 의미합니다.

이 문제는 부품이 정확히 동일한 높이에 배치되지 않거나 생산 라인에서 물체 거리에 불가피한 변화가 있는 경우 더욱 심각해집니다. 이미지 왜곡은 특히 시야 가장자리 쪽으로 측정 오류의 또 다른 원인을 초래할 수 있습니다.

텔레 센트릭 렌즈는 광학적 기하학적 구조를 통해 이러한 한계를 해결합니다. 특히 물체 측에서 주광선 경로를 제어함으로써 정의된 작업 거리 범위에서 훨씬 더 일관된 배율을 유지할 수 있습니다. 치수 검사의 경우 이는 광학 시스템이 물체 위치의 작은 변화에 덜 민감하게 만들고 반복 가능한 측정을 위한 보다 안정적인 기반을 제공합니다.

Telecentric Optics가 치수 측정을 향상시키는 방법

텔레센트릭 렌즈를 사용하는 주된 이유는 단순히 더 선명한 이미지를 생성하기 때문만은 아닙니다. 주요 장점은 개체 위치가 이미지에 미치는 영향을 제어하는 ​​것입니다.

기존 머신 비전 렌즈를 사용하면 렌즈에서 서로 다른 거리에 위치한 두 개의 동일한 구성 요소가 서로 다른 크기로 나타날 수 있습니다. 이것은 일반적인 원근 투영입니다. 계산 또는 일반 출석 검사와 같은 애플리케이션의 경우 해당 변경이 허용될 수 있습니다. 그러나 치수 측정의 경우 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

물체 공간 텔레센트릭 렌즈는 물체 측의 주광선이 광축과 거의 평행한 광학 배열을 사용합니다. 결과적으로, 측면 이미지 크기는 지정된 작동 범위 내에서 물체 거리의 작은 변화에 크게 덜 의존하게 됩니다. 이는 구멍 직경, 외경, 부품 폭, 가장자리 위치 또는 성형 및 기계 가공 부품의 치수를 측정할 때 특히 유용합니다.

따라서 Telecentricity는 배율과 함께 고려해야 합니다. 0.5X 또는 1X와 같은 지정된 배율은 물체 크기와 이미지 크기 사이의 관계를 결정하는 반면, 텔레센트리시티는 물체 위치가 변경될 때 해당 관계가 얼마나 일관되게 유지되는지를 결정합니다.

왜곡은 또 다른 중요한 매개변수입니다. 공칭 배율이 적절한 경우에도 기하학적 왜곡으로 인해 동일한 형상이 시야의 위치에 따라 다른 겉보기 스케일로 나타날 수 있습니다. 따라서 왜곡이 낮은 텔레센트릭 광학 장치는 광학 중심에서만 측정하는 것이 아니라 넓은 이미지 영역에서 측정을 수행하는 응용 분야에 유용합니다.

피사계 심도도 중요합니다. 높이 변화가 있는 구성 요소는 공칭 작업 평면을 기준으로 완벽하게 위치를 유지하지 못할 수 있습니다. 사용 가능한 피사계 심도가 크면 이 변형에서 허용 가능한 이미지 품질을 유지하는 데 도움이 될 수 있지만, 피사계 심도를 높이려면 종종 더 작은 조리개가 필요하고 사용 가능한 조명 및 노출 설정에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 F값, 조도, 센서 감도 및 필요한 검사 속도를 함께 고려해야 합니다.

물체 공간 텔레센트릭, 이미지 공간 텔레센트릭, 이중 텔레센트릭 디자인은 서로 다른 용도로 사용됩니다. 물체 공간 텔레센트리시티는 물체 측의 원근 관련 배율 변화를 줄이기 때문에 특히 치수 검사와 관련이 있습니다. 이미지 공간 텔레센트리시티는 센서를 향한 주광선 형상을 제어하며 센서 측 이미징 요구 사항에 유용할 수 있습니다. bi-telecentric 렌즈는 양쪽의 telecentric 동작을 결합하며 극도로 안정적인 이미징 기하학이 필요할 때 종종 고려됩니다. 적절한 아키텍처는 측정 허용 오차, 센서 구성, 광학 경로 및 검사 시스템의 기계적 배열에 따라 달라집니다.

머신 비전 및 정밀 검사에 텔레센트릭 렌즈 사용

실질적인 질문은 단순히 텔레센트릭 렌즈가 무엇을 할 수 있는지가 아니라 머신 비전 시스템에 실제로 필요한 경우입니다.

텔레센트릭 렌즈는 허용 오차에 비해 원근 관련 크기 변화가 커질 만큼 측정 허용 오차가 충분히 엄격한 경우 고려해 볼 가치가 있습니다. 또한 부품을 정확히 동일한 높이에 배치할 수 없는 경우, 상대적으로 넓은 시야에서 여러 기능을 측정해야 하는 경우 또는 가장자리 형상을 일관되게 평가해야 하는 경우에도 유용합니다.

예를 들어 전자 부품의 경우 검사에는 패키지 크기, 리드 간격, 커넥터 형상 또는 작은 기능의 위치 측정이 포함될 수 있습니다. 기존 렌즈는 부품 높이가 변할 때 눈에 띄는 치수 변화를 일으킬 수 있습니다. 텔레센트릭 이미징은 이러한 위치 변화의 영향을 줄여 이미지 처리 소프트웨어가 보다 일관된 기하학적 표현으로 작업할 수 있도록 합니다.

커넥터 검사는 또 다른 일반적인 용도입니다. 핀 위치, 하우징 치수, 개구부 크기 및 가장자리 위치를 모두 단일 이미지에서 평가할 수 있습니다. 필요한 시야는 측정되는 가장 작은 특징에 대해 충분한 물체 공간 해상도를 유지하면서 전체 구성 요소를 캡처할 수 있을 만큼 커야 합니다. 따라서 센서 크기를 고려하지 않고 배율을 선택하면 시스템이 부적합해질 수 있습니다.

정밀 기계 부품에도 비슷한 요구 사항이 있습니다. 광학 시스템이 원근 효과를 최소화하면 구멍 직경, 외부 직경, 슬롯 폭, 모따기 위치 및 구성 요소 치수를 보다 일관되게 측정할 수 있습니다. 이는 동일한 측정 기준을 사용하여 수천 개의 부품을 평가해야 하는 자동 검사와 특히 관련이 있습니다.

Telecentric 렌즈는 반도체 검사, PCB 검사, 유리 측정, 성형 부품 검사 및 자동 치수 분류에도 사용됩니다. 이러한 응용 분야에서는 렌즈 선택은 카메라 단독이 아닌 측정 작업부터 시작해야 합니다.

주요 매개변수는 서로 연결되어 있습니다.

• 배율은 물체가 센서에 나타나는 크기를 결정합니다.

• FOV(시야)는 카메라가 캡처한 물리적 검사 영역을 결정합니다.

• 작동 거리(WD)는 렌즈와 물체 사이에 필요한 기계적 공간을 정의합니다.

• 센서 크기는 과도한 비네팅이나 사용 가능한 이미지 영역의 손실 없이 렌즈가 카메라를 덮을 수 있는지 여부를 결정합니다.

• 피사계 심도(DOF)는 허용 가능한 이미징 범위 내에서 물체 높이 변화가 얼마나 유지될 수 있는지를 결정합니다.

• 왜곡은 필드 전체의 기하학적 측정에 영향을 미칩니다.

• F값은 피사계 심도, 빛 투과 및 노출 요구 사항에 영향을 미칩니다.

• 분해능은 가장 작은 특징과 측정 허용오차에 충분해야 합니다.

예를 들어 대형 부품에는 자동으로 저배율 렌즈가 필요하지 않습니다. 올바른 선택은 센서 크기와 필요한 FOV에 따라 달라집니다. 마찬가지로, 해상도는 충분하지만 작동 거리나 센서 적용 범위가 부적절한 렌즈를 선택하면 전체 광학 시스템이 부적합해질 수 있습니다.

따라서 실질적인 선택 프로세스는 물체의 크기, 측정 가능한 가장 작은 특징, 허용 가능한 측정 오류, 높이 변화, 필요한 작동 거리, 카메라 센서 크기 및 검사 속도부터 시작해야 합니다.

Telecentric 렌즈 가격은 어떻게 결정되나요?

Telecentric Lens 가격은 광학 시스템이 기존 머신 비전 렌즈보다 까다롭기 때문에 크게 다릅니다. 따라서 배율이나 외관만을 기준으로 가격을 비교하는 것은 오해의 소지가 있습니다.

주요 요소 중 하나는 배율과 FOV입니다. 상대적으로 작은 FOV용으로 설계된 렌즈는 넓은 검사 영역을 커버하도록 설계된 렌즈와는 다른 광학 구성이 필요할 수 있습니다. 대형 FOV 텔레센트릭 시스템에는 더 큰 광학 요소와 더 복잡한 기계 구조가 필요할 수 있으므로 제조 난이도와 재료 비용이 모두 증가합니다.

작동 거리도 디자인에 영향을 줍니다. 시스템에 동축 조명, 링 조명, 기계적 고정 장치 또는 렌즈와 검사 부품 사이의 기타 구성 요소가 포함된 경우 긴 작동 거리가 필요할 수 있습니다. 더 긴 WD를 제공하면서 텔레센트릭 성능을 유지하려면 추가 광학 요소와 더 큰 렌즈 구조가 필요할 수 있습니다.

센서 호환성은 또 다른 비용 요소입니다. 더 큰 센서용으로 설계된 렌즈는 필요한 광학 성능을 유지하면서 해당 센서를 덮을 수 있을 만큼 큰 이미지 서클을 제공해야 합니다. 따라서 카메라 선택과 렌즈 선택은 두 번의 독립적인 구매가 아닌 하나의 시스템 설계 결정으로 처리되어야 합니다.

필요한 수준의 텔레센트리시티, 왜곡 제어 및 광학 해상도도 비용에 영향을 미칩니다. 측정 공차가 엄격한 치수 검사 시스템은 유무 또는 방향 감지에만 사용되는 검사 시스템보다 훨씬 더 나은 기하학적 제어가 필요할 수 있습니다.

맞춤화는 가격에 더 많은 영향을 미칠 수 있습니다. 특수 배율, 비표준 작동 거리, 더 큰 이미지 적용 범위, 맞춤형 기계 인터페이스, 특정 스펙트럼 요구 사항 또는 전용 조명과의 통합에는 광학 재설계 및 추가 검증이 필요할 수 있습니다.

이러한 이유로 가장 저렴한 텔레센트릭 렌즈가 반드시 가장 저렴한 솔루션은 아닙니다. 센서 적용 범위나 작동 거리가 부적합한 렌즈에는 다른 카메라, 추가 광학 장치, 기계적 변경 또는 수정된 조명 시스템이 필요할 수 있습니다. 교정 및 시스템 통합으로 인해 추가 비용이 발생할 수 있습니다.

보다 유용한 조달 접근 방식은 필요한 측정 허용 오차를 먼저 정의한 다음 필요한 배율, FOV, 센서 크기, 작동 거리, DOF, 왜곡 수준, F-번호 및 텔레센트리시티를 결정하는 것입니다. 이를 통해 구매자는 검사 작업에 기여하지 않는 사양에 대한 비용 지불을 방지하는 동시에 측정 신뢰성을 손상시키는 사양 부족을 방지할 수 있습니다.

완전한 비전 시스템에 렌즈 맞추기

Telecentric 광학 장치는 전체 측정 시스템의 일부로 선택되어야 합니다. 카메라 해상도, 센서 형식, 조명, 장착 형상, 교정 방법 및 이미지 처리 알고리즘이 모두 최종 측정 결과에 영향을 미칩니다.

예를 들어, 렌즈에 과도한 왜곡이 발생하거나 광학 배율이 필요한 FOV와 제대로 일치하지 않는 경우 카메라 해상도를 높이더라도 치수 정확도가 자동으로 향상되지 않습니다. 마찬가지로, 높은 텔레센트릭 렌즈는 검사된 가장자리에 신뢰할 수 있는 가장자리 감지를 위한 충분한 대비가 없을 때 부적절한 조명을 보상할 수 없습니다.

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머신 비전 회사, 정밀 측정 장비 제조업체, 자동화 통합업체, 산업 R&D 조직의 목표는 단순히 텔레센트릭 렌즈를 구입하는 것이 아닙니다. 목표는 telecentricity, 배율, FOV, 작동 거리, DOF, 왜곡, 센서 크기, F/# 및 측정 허용 오차가 함께 작동하는 광학 구성을 설정하는 것입니다.

이러한 관계는 궁극적으로 텔레센트릭 렌즈가 해당 용도에 적합한지, 그리고 그 가격이 전체 측정 시스템에 대한 효과적인 투자를 나타내는지 여부를 결정합니다.